Tierras raras - Primera parte - CA-315-12

La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro
modelo económico
(Primera parte)
Enrique Montero
Universidad de Cádiz
[email protected]
http://www.catedrarelec.es
Puerto Real, Septiembre 2012
v01 – 1P
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
1
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
CA-315-12 (14/09/2012)
Siempre que sea sin ánimo de lucro, queda autorizada la reproducción total o
parcial del texto de este informe, por cualquier método fotomecánico o
informático, con la sola condición de citar autor y procedencia.
Queda prohibido todo uso lucrativo de este texto sin autorización expresa del
autor. Email de contacto: [email protected]
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
2
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
No mirando a nuestro daño
corremos a rienda suelta,
sin parar;
cuando vemos el engaño
y queremos dar la vuelta,
no hay lugar.
Jorge Manrique (s. XV)
¿Es que forzosamente el futuro del sistema mundial
ha de ser el crecimiento y luego el colapso en una aciaga existencia vacía?
Sólo si hacemos realidad la hipótesis inicial
de que no se modificará la manera actual en que hacemos las cosas.
Los límites del crecimiento
D.H. Meadows y otros
El progreso no es solamente mejorar el pasado: es moverlo hacia el futuro.
Khalil Gibran
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
3
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Nota
En este documento, las notas a pie de página vienen indicadas por números romanos
en minúsculas (i, ii, iii, iv, …), mientras que para las referencias bibliográficas, que se
han incluido al final, se ha recurrido a utilizar números arábigos (1, 2, 3, 4, …).
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
4
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
CONTENIDOS
PREÁMBULO .................................................................................................................................. 7
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 11
Las tierras raras ....................................................................................................................... 12
Historia del descubrimiento de las tierras raras ..................................................................... 13
La paradoja de las tierras raras: minerales sucios para tecnologías limpias........................... 18
No solo impacto ambiental; también social y económico. ..................................................... 19
La crisis de las tierras raras: algo más que un problema de precio y de suministro............... 23
¿QUÉ SON LAS TIERRAS RARAS? ................................................................................................. 27
¿Qué elementos se consideran incluidos en las tierras raras? ............................................... 28
No son “tierras”....................................................................................................................... 29
No son raras (en la corteza terrestre) ..................................................................................... 30
Propiedades físicas y químicas ................................................................................................ 32
Tierras raras ligeras, pesadas y medias ................................................................................... 41
¿De dónde se obtienen las tierras raras?................................................................................ 43
Minerales que contienen tierras raras .................................................................................... 47
REFERENCIAS ............................................................................................................................... 51
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
5
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Esta página ha sido intencionadamente dejada en blanco
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
6
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Pensar por adelantado:
hoy para mañana e incluso para muchos días.
La mayor fortuna se hace con horas de previsión. (…)
Algunos hacen y después piensan; buscan excusas más que consecuencias.
Otros no piensan ni antes ni después.
Toda la vida debe consistir en pensar para acertar el rumbo.
La prevención y el pensamiento cuidadoso son un buen recurso para vivir adelantado.
Baltasar Gracián - El arte de la prudencia - 151
PREÁMBULO
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
7
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
PREÁMBULO
El 7 de septiembre de 2010 un
pesquero chino fue interceptado y
apresado por barcos de la Guardia
Costera japonesa en aguas de las islas
Senkaku1 (en chino llamadas Diaoyu),
un grupo de islas situadas en el Mar de
China Oriental, muy cerca de Taiwán,
las cuales están administradas por
Japón pero reclamadas por Pekín y
Taipei. Apenas dos semanas después,
su capitán fue puesto en libertad sin
cargos y el barco liberado sin sanción
alguna.
¿Cedió Japón ante la presión de
China? ¿Qué tipo de presión? Todo
indica que China canceló las
exportaciones a Japón de materias
primas esenciales para la industria de
este país y más concretamente de las
llamadas tierras raras2. Japón es
actualmente
el
segundo
mayor
consumidor mundial de tierras raras,
después de China.
Aunque Pekín negó la existencia de cualquier embargo, atribuyendo los
problemas habidos en las exportaciones a la desigual aplicación de la
normativa por parte de sus funcionarios de aduanas en diferentes puertos,
Tokio acusó a China de restringir los envíos a las empresas japonesas.
Las consecuencias del incidente causaron preocupación en los fabricantes
japoneses, desde gigantes como Toyota hasta fabricantes de pequeños
productos electrónicos, ya que las tierras raras son esenciales para productos
tan diversos y tan avanzados como coches eléctricos híbridos,
aerogeneradores, monitores o lámparas fluorescentes.
La rápida solución dada al percance mencionado, sin consecuencia alguna
para los pescadores chinos, es una clara prueba de la gran importancia
estratégica que tienen, en nuestros días, las tierras raras.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
8
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Poco después de este hecho, el premio Nobel de Economía Paul Krugman, en
su columna de The New York Times, comentaba esta noticia en los siguientes
términos3: “Yo no sé ustedes, pero creo que esta historia es profundamente
inquietante, tanto por lo que dice acerca de China como por lo que dice acerca
de nosotros. Por un lado, el caso pone de manifiesto la irresponsabilidad de los
políticos de Estados Unidos, que no hicieron nada, cuando un régimen no fiable
adquirió un dominio absoluto sobre los materiales clave. Por otro lado, el
incidente muestra un gobierno chino que es peligrosamente de gatillo fácil,
dispuesto a librar una guerra económica a la menor provocación.”
No podemos sino coincidir con Krugman en la irresponsabilidad de los políticos
–no solo los de Estado Unidos- por haber permitido que China haya ido
adquiriendo a lo largo de los años un creciente control de materiales tan
estratégicos, hasta conseguir el monopolio actual. Lo cual ha sido posible, sin
duda, como consecuencia lógica de la apuesta política por un tipo de economía
basada en la obtención de beneficios inmediatos, a muy corto plazo. En cuanto
a “un gobierno (…) dispuesto a librar una guerra económica a la menor
provocación”, creemos que la historia nos muestra sobradamente que, por
desgracia, es bastante común que los gobiernos emprendan guerras –y no solo
económicas- incluso sin necesidad de provocación alguna.
Las páginas que siguen pretenden ofrecer en español un documento de
carácter divulgativo que examine las múltiples facetas que plantea lo que se ha
venido denominando la crisis de las tierras raras.
Hemos procurado exponer una visión global del asunto, analizando sus
principales aspectos, al mismo tiempo que realizando una reflexión crítica, de
modo que el lector pueda llegar a hacerse una idea lo más completa y precisa
posible del significado y alcance real de dicha crisis, más allá de la habitual
simplificación que supone reducirla, exclusivamente, a términos de precios y de
suministro.
Los elementos de las tierras raras son de vital importancia para la sociedad
actual, al permitirnos extraordinarios desarrollos tecnológicos hasta hace poco
impensables. Ahora bien, la cara negativa es que dichos elementos no son
fáciles de obtener y su purificación es costosa, compleja y causa un
considerable daño al medio ambiente.
Por esto deberíamos haber sido –y ser- más cuidadosos en su obtención y
gestión, planificando a medio y largo plazo en lugar de, como se ha hecho,
actuar pensando solo en términos económicos, en el corto plazo y
desentendiéndonos de las secuelas.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
9
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Al analizar la crisis de las tierras raras debemos prestar atención no solo a sus
consecuencias, sino también –más importante aún- a sus causas; por qué se
ha actuado como se ha hecho. Solo así será posible extraer conclusiones que
sirvan para evitar repetir en el futuro actuaciones tan disparatadas como las
que se han dado hasta ahora.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
10
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
¿Cómo decidimos lo que es de valor duradero en nosotros
en una sociedad impaciente y centrada en lo inmediato?
¿Cómo perseguir metas a largo plazo
en una economía entregada al corto plazo?
Richard Sennett
Conocéis la manera estúpida de esa suerte de hombres ingeniosos
que hacen esas cosas:
¡Las realizan como los castores construyen diques,
sin ninguna consideración a los ríos que van a desviar
y a las tierras que van a inundar!
H.G. Wells
INTRODUCCIÓN
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
11
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
INTRODUCCIÓN
Las tierras raras
Desde hace algún tiempo son relativamente frecuentes las noticias que hacen
referencia a lo que ha venido denominándose “la crisis de las tierras raras”.
Aún en los medios de comunicación no especializados, periódicamente se
menciona a las tierras raras, a sus elevados precios, al monopolio de
suministro que posee China o a lo críticas que son para las nuevas tecnologías,
especialmente para las llamadas tecnologías verdes.
Pero, comencemos por el principio: ¿qué son las “tierras raras”? Puede que
recordemos que cuando en química de bachillerato estudiábamos la tabla
periódica, junto a elementos que nos eran familiares como hierro, cobre,
oxígeno, oro o plata, aparecían unos extraños elementos de los que jamás
habíamos oído hablar. Además con ellos nos encontrábamos un hecho
peculiar: la celda correspondiente al lantano (La) remitía a una serie horizontal
dispuesta fuera de la tabla, en su parte inferior, con un conjunto de 15
elementos que se denominaban “lantánidos”i, de nombres verdaderamente
extraños.
Pues bien, estos quince elementos son, precisamente, los elementos
principales de las llamadas tierras raras. Aunque, como veremos más adelante,
a ellos se les suelen añadir también escandio (Sc) y el itrio (Y) que, no siendo
lantánidos, pertenecen al mismo periodo de la tabla periódica y poseen
características comunes con ellos.
i
La terminación idos en griego, significa serie.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
12
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Incluso, para confundirnos aún más, algunos de estos nombres eran
extraordinariamente parecidos: erbio, terbio o iterbio. Y para hacerlo todo
todavía más sorprendente, el profesor nos decía que se trataba de las “tierras
raras”. ¡Tierras y raras! Con todo este embrollo, era lógico que aquellos
extraños elementos los consideráramos “para nota” y pronto los olvidáramos.
Más lógico es aún este olvido, si tenemos en cuenta que
hasta hace solo unas décadas la principal y casi exclusiva
aplicación de estas “tierras raras” era ¡formar parte de la
aleación con la que se fabricaban las piedras de los
mecheros! De modo que para muchos de nosotros –sin
saberlo- nuestra primera toma de contacto con estos
elementos tan apreciados hoy en día era al encender un
pitillo puede que, incluso con aquellos rústicos
encendedores de yesca.
¡Cuánto ha cambiado todo desde entonces! En el último cuarto del siglo
pasado se han ido descubriendo tantas y tantas aplicaciones de los elementos
que constituyen las tierras raras que actualmente éstos han llegado a ser
insustituibles en los materiales avanzados e indispensables en las nuevas
tecnologías verdes y, en general, en una infinidad de aparatos comunes en
nuestra actividad diaria.
Historia del descubrimiento de las tierras raras
Historia verdaderamente interesante y singular por lo complejo y enrevesado
que fue el proceso de identificación fiable de los diferentes elementos de las
tierras raras. También una larga historia que duró más de cien añosii, en el
transcurso de los cuales se sucedieron innumerables identificaciones fallidas
de supuestos nuevos elementos que parecían formar parte de las tierras raras.
Prueba de ello es el hecho de que en poco más de treinta años –entre 1878 y
1910- se superó el centenar de publicaciones en las que se daba cuenta de
descubrimientos de supuestos nuevos elementos de las tierras raras. Tanta
confusión llevó a Georges Urbain, descubridor del lutecio, a escribir: ”Era un
mar de errores y la verdad se ahogaba en él”.
La historia del descubrimiento de las tierras raras puede ser dividida en tres
etapas. La inicial comprende desde finales del siglo XVIII hasta mediados del
siglo pasado. A lo largo de ella se identificaron y aislaron todos los elementos
de las tierras raras, dándose los primeros y tímidos pasos en su producción
industrial. No obstante, aún eran pocas sus aplicaciones; de hecho, como se ha
ii
Con más precisión, son 113 años: desde 1794 en que se descubrió el itrio hasta 1907, año en
que se identificó el lutecio.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
13
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
indicado, la más común era la incorporación de algunos de estos elementos a
la aleación denominada mischmetal con la que se fabricaban las piedras de
mechero.
También, en el siglo XIX, cuando aún
se utilizaba la iluminación de gas, se
aprovechó la termoluminiscencia de
las tierras raras, es decir la
propiedad de emitir luz blanca
cuando se calientan, para impregnar
el tejido de algodón de las “camisas”
o “manguitos camiseta” de las
lámparas con un compuesto que
contenía tierras raras.
La historia de las tierras raras
comienza a finales del siglo XVIII,
en
1787,
en
una
cantera
abandonada cerca de Ytterby, una
pequeña ciudad en la isla de
Resarö próxima a Estocolmo,
cuando un lugarteniente de artillería
sueco de nombre C.A. Arrheniusiii
encontró un nuevo mineral al que
dio el nombre de iterbitaiv. Cinco
años después el profesor finlandés
Johan Gadolin, separó de este mineral el óxido de un elemento hasta entonces
desconocido al que denominó itrio. El itrio fue, pues, el primer elemento de las
tierras raras que se identificó. Años más tarde, químicos de Suecia y Alemania
analizando por separado un mineral denominado cerita, encontraron el óxido
de un nuevo elemento al que dieron el nombre de cerio; otro elemento de las
tierras raras y el primero de los lantánidos que se descubrió.
Transcurrido un tiempo, al analizar de nuevo la iterbita, se encontró que
contenía otro elemento distinto del itrio, que presentaba gran dificultad para ser
separado de él por lo que no se llegó a identificar. Y lo mismo ocurrió en el
caso del cerio: se concluyó que, en realidad, aquello a lo que se había
denominado cerio no era un elemento sino una mezcla de elementos.
iii
No confundir con el físico y químico, premio Nobel de Química, también sueco, Svante August
Arrhenius.
iv
Notemos que la ciudad de Ytterby no solo ha dado nombre a la iterbita; también se deben a
ella los nombres de tres elementos de las tierras raras: erbio, iterbio y terbio.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
14
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Este hecho de identificar un elemento de las tierras raras en un mineral dado y
en posteriores análisis encontrar que junto al mismo existía otro u otros
elementos de tierras raras, fue una constante en la historia del aislamiento de
los elementos de las tierras raras. Se identificaban y se daba nombre a
supuestos elementos que, al cabo de un cierto tiempo, resultaban ser mezcla
de elementos. Algo, desde luego, nada extraño, pues es consecuencia lógica
del comportamiento químico tan extraordinariamente parecido que tienen todos
estos elementos. Los procesos de identificación y separación de unos
elementos de otros no eran nada fiables, tomándose muchas veces por
elementos lo que en realidad eran mezclas de ellos. La separación se basaba
principalmente en su diferente solubilidad lo cual, habida cuenta de su similitud,
exigía centenares e incluso miles de recristalizaciones hasta conseguir
evidencias fehacientes. Incluso el análisis espectral no siempre ofrecía
seguridad en las identificaciones.
En 1843 el químico sueco Carl Gustav Mosander encontró que el itrio de
Gadolin estaba en realidad constituido por tres elementos: el itrio mismo y otros
dos elementos, el erbio y el terbio, asombrosamente parecidos a él. Y aquí no
acaba la cosa: aunque el itrio y el terbio, parecían ser verdaderamente
elementos, no ocurría lo mismo con el erbio, que despertaba sospechas. Así,
tres décadas más tarde, el químico suizo Jean de Marignac separó del erbio un
nuevo elemento: el iterbio. Pero tampoco el iterbio resultó ser un elemento
puro, pues al año siguiente el químico sueco Lars Nilson descubrió en él el
escandio. Y tampoco lo que no era escandio era iterbio puro, sino una nueva
mezcla, ahora con otro elemento, el lutecio.
Johan Gadolin (1794)
Itrio
Mosander (1843)
Itrio
Jean de Marignac (1878)
Erbio
Lars Nilson (1879)
Erbio
Per Cleve (1879)
Paul Lecoq de Boisbaudran
(1886)
Erbio
Iterbio
Escandio
Iterbio
Holmio
Holmio
Terbio
Erbio
Tulio
Iterbio
Disprosio
Iterbio
Iterbio
Georges Urbain (1907)
Lutecio
Fuente: elaboración propia
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
15
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Lo mismo ocurrió con el erbio que se encontró contenía tulio y holmio y en éste,
a su vez, se encontró disprosio. Este largo y complicado proceso viene
reflejado en el “árbol genealógico” de la figura de la página anterior.
Algo parecido sucedió con el cerio,
aunque en este caso su historia está
unida a la del didimio, un elemento
fantasma. En 1826, el químico sueco
Carl Gustaf Mosander encontró que
el cerio (Ce) contenía además otros
dos nuevos elementos: a uno lo
denominó lantano (La) y al otro
didimio (Di) (del griego dídymos,
gemelo, por su gran similitud con el
lantano).
De este modo el didimio pasó a ser
considerado un elemento químico,
incluso por el mismo Mendeleiev que
lo incluyó en su tabla periódica. Más
adelante, en 1879, se encontró en el
didimio otro elemento nuevo al que
se denominó samario (Sm), en el
que, al ser purificado, se identificó
otro nuevo elemento, el gadolinio
(Gd) en honor de Johan Gadolin. Y
para finalizar esta complicada
historia, ¡el elemento didimio dejó de
existir! En efecto, en 1885, el
austriaco Carl Auer Freiherr von
Welsbach encontró que el didimio era
en realidad la mezcla de dos
elementos; a uno de ellos lo llamó
praseodimio (Pr) y al otro neodimio
(Nd). En cuanto al entonces
denominado samario, también resultó
contener también una mezcla de
gadolinio y europio.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
16
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Jöns J. Berzelius, Wilhelm Isinger, Martin
Klaproth (1803)
Carl Mosander (1839)
Cerio
Cerio
Lantano
Paul Lecoq de Boisbaudran (1879)
Samario
Carl Auer von Welsbach (1885)
Samario
Didimio
Didimio
Praseodimio
Neodimio
Jean de Marignac
Paul Lecoq de Boisbaudran
Gadolinio
Samario
(1886)
Paul Lecoq de Boisbaudran (1890)
Samario
Europio
Fuente: elaboración propia
Así, entre tantas dificultades e incidencias, a lo largo de todo el siglo XIX y
principios del XX, se identificaron el resto de los elementos estables de las
tierras raras; el último de ellos el lutecio en 1907.
Solo quedaba por aislar un elemento, el único radiactivo de las tierras raras: el
prometio. Éste se genera artificialmente en los reactores nucleares, ya que
resulta de la fisión de algunos actínidos como el uranio, torio o plutonio.
Tampoco tiene isótopos estables. Es escasísimo en la corteza terrestre e
incluso en todo el sistema solar; solo se han detectado ultratrazasv en algunos
minerales. Tanto que se creyó que no estaba presente en la naturaleza hasta
que en 1965 se obtuvieron 82 miligramos de este elemento, eso sí, tras el
tratamiento de 20 toneladas de óxidos de tierras raras4.
La segunda etapa de la historia de las tierras raras se extiende desde los años
cincuenta hasta final de los sesenta del siglo pasado. En ella se mejoraron los
procesos de tratamiento de modo que pudieron obtenerse los elementos con
mayor pureza, lo cual posibilitó utilizarlos en las primeras aplicaciones
tecnológicas. Citemos entre éstas, la preparación de materiales magnéticos
(imanes de YCo5), fósforos para pantallas de tubos de rayos catódicos en color,
láseres, pigmentos, filamentos de LaB6 para microscopios electrónicos, etc.
v
Se dice así de un constituyente que se encuentra en una muestra en cantidades pequeñísimas: unas
pocas partes por millón (ppm) o, incluso, menos.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
17
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Por último, en la tercera etapa, desde los años setenta hasta la actualidad es
cuando, se obtuvieron elementos de las tierras raras de gran pureza, lo cual
permitió el estudio en profundidad de las propiedades físicas de sus diferentes
compuestos. Como consecuencia, se prepararon una gran diversidad de
nuevos materiales utilizables en prácticamente todos los campos, lo cual dio
lugar tanto a un espectacular desarrollo de tecnologías totalmente nuevas,
como a una importante mejora de las ya existentes (imanes, materiales
superconductores, catalizadores, pilas de combustible, lámparas que
reproducen con gran fidelidad la luz día, etc.)
Debido la inexistencia de sustitutos adecuados, sin los elementos de las tierras
raras muchas de las tecnologías actuales serían totalmente diferentes o no
podrían haberse desarrollado, como es el caso de los ordenadores portátiles,
los pequeños teléfonos móviles, los vehículos eléctricos, los aerogeneradores o
los catalizadores de la industria del petróleo.
La paradoja de las tierras raras: minerales sucios para tecnologías
limpias
Gran parte de la demanda actual y futura
de las tierras raras es consecuencia de su
utilización
en
las
denominadas
“tecnologías verdes”: aerogeneradores,
automóviles
eléctricos,
paneles
fotovoltaicos, lámparas de bajo consumo,
etc.
Sin embargo, como más adelante se expondrá con más detalle, tanto la
extracción como el procesamiento de las tierras raras, causan un elevado
impacto ambiental. Ambos, minería y procesamiento, son devastadores para la
naturaleza y perjudiciales para la salud humana, dando lugar a daños
irreversibles. Suponen la eliminación total de la vegetación del área de la mina,
al mismo tiempo que se afecta seriamente a la de los alrededores como
consecuencia de la contaminación que se genera. Contaminación de
naturaleza diversa –radiactiva, de partículas o de productos químicos- que
afecta al aire, la tierra y las aguas circundantes. Y entre lo más problemático,
las enormes balsas permanentes que recogen las aguas residuales
conteniendo productos químicos tóxicos y en algunos casos elementos
radiactivos.
Esta es, precisamente, la paradoja de las tierras raras: que siendo
prácticamente imprescindibles en el desarrollo de tecnologías mucho más
respetuosas con el medio ambiente que las anteriores, su obtención produce
un gran daño al medio natural.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
18
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
No solo impacto ambiental; también social y económico.
Acabamos de hacer referencia al grave impacto ambiental a que da lugar la
obtención de las tierras raras. Pero este impacto no es solo ambiental, es al
mismo tiempo, social. Ambos son claramente puestos de manifiesto en un
artículo publicado en el periódico Le Monde en Julio de 20125:
Desde el cielo, se ve como un gran lago, alimentado por numerosos
afluentes. Sobre el terreno, se vuelve un cuerpo opaco, en el que no vive
ningún pez ni alga alguna aflora a la superficie. Sus bordes están cubiertos
con una costra negruzca, tan espesa que se puede caminar sobre ella. Se
trata, de hecho de una enorme balsa de 10 km2, en la que las empresas
cercanas vierten agua mezclada con los productos químicos que se
utilizaron para tratar las tierras raras.
La ciudad de Baotou, en Mongolia Interior, es el mayor lugar chino de la
producción de estos materiales estratégicos (…). Son extraídos del
yacimiento minero de Bayan Obo situado a 120 km más al norte, desde
donde se envían aquí para su procesamiento. La concentración de las tierras
raras en la roca es muy baja y sus elementos son separados y purificados
mediante procesos hidrometalúrgicos y baños ácidos. China produce el 97%
de las tierras raras del mundo y de ellas el 70% se procesan en Baotou.
En las turbias aguas de la balsa, podemos encontrar todo tipo de productos
químicos tóxicos, y también elementos radiactivos como el torio, cuya
ingestión provoca cáncer de páncreas, pulmón y leucemia.
Antes de la llegada de las fábricas, sólo había campos aquí, ¡Hasta que se
perdía la vista! En lugar de lodos radiactivos, se podían ver sandías,
berenjenas, tomates..." suspira Li Guirong . Fue en el año 1958 -diez años
después de su nacimiento, dice- cuando la empresa estatal Baogang,
número uno del mercado, comenzó a producir tierras raras. El lago apareció
entonces. "Al principio no nos dimos cuenta de la contaminación que se
generaba. ¿Cómo podíamos saberlo? ", dice el viejo campesino de cara
arrugada, Secretario General de la sección local del Partido Comunista y uno
de los pocos que se atreve a hablar.
A finales de los años 80, relata, los habitantes de pueblos de los alrededores
observaron extrañas anomalías: "Las plantas se desarrollaban mal. Daban
muchas flores pero a veces sin fruto, o eran pequeños y olían mal." Diez
años más tarde, él se rindió a la evidencia: las verduras no se cultivarían
más.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
19
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
En el pueblo de Xinguang Sancun, como en todos los pueblos próximos a
las factorías de Baotou, los agricultores abandonaron algunos campos y no
plantaron más que trigo y maíz. Un estudio de la Oficina Municipal de
Protección del Medio Ambiente les reveló, finalmente, que las tierras raras
eran la fuente de sus males. También decenas de nuevas factorías que
ofrecen productos diversos surgieron en torno a las instalaciones de
tratamiento, así como una central eléctrica para alimentar en nuevo tejido
industrial de Baotou, autoproclamada "Capital mundial de las tierras raras".
Además de los vapores de los productos químicos, especialmente de ácido
sulfúrico, los aldeanos respiraban el polvo de carbón visible volando entre
las casas.
En los últimos años la contaminación ambiental ha aumentado aún más; el
suelo y las aguas subterráneas están saturados de productos tóxicos. Hace
cinco años, Li se vio obligado a dejar a sus cerdos enfermos, los últimos
supervivientes de un pequeño rebaño de vacas, caballos, gallinas y cabras,
diezmados por estos venenos.
Los campesinos han huido. Hoy en Xinguang Sancun la mayor parte de las
pequeñas casas de ladrillos marrones, agrupadas las unas contra las otras
se están cayendo a pedazos. En diez años el pueblo ha pasado de 2.000 a
300 habitantes.
Lu Yongqing, de 56 años, forma parte de los primeros en exiliarse. "Ya no
podía alimentar a mi familia", dice. Él probó suerte en Baotou, como albañil,
luego como transportista de una fábrica antes de dedicarse a vender
verduras en los mercados locales, todo completado con pequeños trabajos
ocasionales. "Nunca he tenido un contrato fijo", dijo. Mantenidos en el
estatus de campesinos que aparece en sus libros de familia, los refugiados
de Xinguang Sancun se han convertido en ciudadanos de segunda clase,
explotados sin piedad.
Los que se quedaron en el pueblo, varias veces fragmentado y rediseñado a
la conveniencia de las instalaciones de la fábrica y de la redistribución de la
tierra, acostumbran a encontrarse cerca de la sala de mh-jongvi. "Tengo mal
las piernas como muchas personas en el pueblo. También hay muchas
diabetes, osteoporosis y problemas pulmonares. No hay familia que no esté
afectada por las enfermedades", dice He Guixiang, situada en el centro de la
reunión.
vi
Juego de mesa chino.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
20
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Esta sexagenaria conoce bien las múltiples consecuencias de la
contaminación por haber formado parte de los representantes de Xinguang
Sancun que se atrevieron a llevar las reclamaciones de los habitantes al
gobierno local. "Hace casi veinte años que llamo a la puerta de las
autoridades, dice ella. Al principio iba todos los días excepto los domingos! "
A fuerza de luchar, los habitantes del pueblo, han acabado finalmente por
obtener promesas de compensación económica... que no han sido más que
parcialmente atendidas. También se les ha hablado de nuevas viviendas. A
pocos kilómetros al oeste de Xinguang Sancun, se levantan torres bien
ordenadas. Fueron construidas con los fondos de compensación pagados
por la empresa Baogang al gobierno local. Sin embargo, los edificios están
desiertos. En cinco años, de los 5.000 ocupantes previstos –que deberían
haber llegado de los pueblos próximos a la balsa- ninguno se ha instalado,
debido a que el gobierno les exige el derecho de concesión de su vivienda,
por lo que no podrá ser legada a sus hijos.
Los viejos Li Guirong, He Guixiang y todos aquellos que no han podido
partir, no disponen para sobrevivir más que algunas indemnizaciones que les
ha dado la empresa y una pequeña pensión. Algunos han vendido residuos
del lago, aún muy ricos en tierras raras, a las plantas de tratamiento. Así
ganaron 2.000 yuanes (algo más de 250 euros) por tonelada. Pero en los
últimos meses el Estado les ha privado de este último recurso. Uno de estos
revendedores está procesado y puede ser condenado a más de diez años
de prisión.
Cuando mediante artículos como éste conocemos las condiciones a las que
está siendo sometido gran parte del pueblo chino y su medio ambiente para
conseguir que el país se sitúe en los primeros puestos de la economía mundial
y, al mismo tiempo, leemos declaraciones de determinados líderes políticos y
empresariales en las que proclaman la necesidad de “sigamos el modelo de
los chinos”, no cabe sino preguntarse: ¿se refieren a este modelo y a estas
prácticas? ¿No saben lo que dicen? ¿O si que lo saben?
Además, los supuestos buenos resultados económicos son más que
discutibles. En efecto, solo cabe hablar de una buena rentabilidad económica si
nos limitamos a contemplar dichos resultados solo a corto plazo, es decir
considerando exclusivamente el costo de obtención de las tierras raras. Pero,
la rentabilidad sería cuestionable si, además, tomáramos en consideración los
gastos derivados de un adecuado control de emisiones y de contaminación, la
restauración del medio natural, así como los gastos sanitarios resultantes de
atender las enfermedades contraídas por los ciudadanos como consecuencia
de la producción de tierras raras.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
21
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Recientemente se ha dado a conocer la gran inversión que está realizando el
gobierno chino para tratar de mejorar en alguna medida solamente la calidad
de los ríos, altamente contaminados por actividades mineras, industriales y
agrícolas. Por otra parte, en un informe del Programa de Naciones Unidas para
el Medio Ambiente (PNUMA) de Septiembre de 2012, en el que se analizan los
efectos de los productos químicos a nivel mundial, se estima que el daño
causado a la pesca comercial en China por la contaminación del agua fue de
634 millones de dólares en un período de solo un año6.
Si no fuera por lo conocido que es el gran entusiasmo que sienten los sectores
políticos y empresariales de occidente por la cultura de usar y tirar, podría
sorprender que desde hace muchos años no hayan impulsado el reciclado de
los productos que incorporan elementos de las tierras raras (proceso de
reciclado que trataremos al final de este trabajo). Como consecuencia de esta
dejación, durante años y años, en los países desarrollados se han estado
desechando aparatos que contenían las valiosas tierras raras sin, ni por
asomo, plantearse la posibilidad de recuperarlas de ellos mediante reciclado y
que fueran empleadas nuevamente en nuevos aparatos. Y ello pese a que en
muchos de éstos las tierras raras se encuentran en concentraciones bastante
más elevadas que en los yacimientos primarios.
Solo se comenzó a considerar la posibilidad de reciclar cuando el precio de las
tierras raras se disparó y la producción y venta de los equipos que las
incorporan comenzaron a ser problemáticos. Puede que demasiado tarde.
Fundamentalmente en el caso de Europa que, siendo un gran consumidor de
tierras raras, carece de minas importantes de ellas.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
22
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
La crisis de las tierras raras: algo más que un problema de precio y de
suministro
La denominada crisis de las tierras raras suele asociarse exclusivamente al
incremento que en los últimos años experimentaron sus precios así como a los
problemas que planteó su suministro.
Pero la crisis de las tierras raras va mucho más allá, es mucho más compleja
que una simple cuestión de suministro y de precios: es un síntoma claro, una
manifestación más, de la irracionalidad de nuestro modelo económico y de
consumo actual. Un modelo sin solución posible que, unos por interés y otros
por ignorancia, se empeñan en mantener cuando abogan por recuperar las
insostenibles –por exponenciales- altas tasas de crecimiento de tiempos
pasados.
Analizando la crisis de las tierras raras es fácil advertir cómo ambos modelos,
el chino y el occidental, tienen en común la falta de respeto a la Naturaleza y a
la Humanidad. Y cómo ambos se conjugan para conducirnos a todos a un
futuro desastroso. Un futuro en el que también ambos protagonistas –China y
Occidente- pierden; ninguno gana.
China por el envenenamiento de su aire, tierra, aguas y de sus gentes,
consentido por sus gobernantes, los cuales en aras del “desarrollo” económico
del país –que, como suele ocurrir, beneficia solo a minorías- están sacrificando
la salud de la mayoría de sus ciudadanos y degradando el medio ambiente
hasta límites intolerables. Con niveles de contaminación ambiental que dan
lugar -y lo darán durante décadas- a altas tasas de mortalidad, elevados
índices de malformaciones congénitas y múltiples enfermedades y dolencias.
Un país donde coexiste el hecho de ser la segunda economía mundial con que,
por ejemplo, unos cientos de millones de sus habitantes sigan sin tener acceso
a agua potable.
Una muestra de ello es la
fotografía, obtenida desde el
satélite AQUA de la NASA7, en la
que se observa un arco de neblina
que se extiende cientos de
kilómetros al suroeste de Pekin (en
el borde noreste de la imagen). En
ella son claramente visibles capas
de contaminación especialmente
espesas sobre la ciudad de Xi'an.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
23
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Por encima de la neblina asoman las altas crestas, mientras que la niebla
queda confinada en las zonas más bajas. Probablemente dicha neblina sea
consecuencia de la contaminación urbana e industrial.
Otro ejemplo8: en la mañana del día 10 de Enero de 2012 una densa neblina
de contaminación cubrió el norte de China, dando lugar a que el aeropuerto de
Pekín cancelara 43 vuelos y retrasara 80 más, debido a que la visibilidad se
redujo a solo 200 metros. En la imagen de la izquierda se observa una capa
gris lechosa que impide completamente ver el terreno. Los vientos ya habían
comenzado a empujar la bruma fuera del norte de Pekín pero el resto de la
llanura del norte de China todavía sufría de mala calidad del aire. Al día
siguiente, cuando el satélite Aqua adquirió la imagen de la derecha, los cielos
ya estaban despejados en la regiónvii.
Y por otra parte, la sociedad occidental. Sociedad basada en un consumismo
desenfrenado, sin querer comprender algo tan simple como que en la
naturaleza y en las sociedades los crecimientos exponenciales solo conducen
al desastre. Que los grandes crecimientos anuales no volverán y que si lo
hacen será para empeorar más aún la situación de nuestra sociedad y de
nuestro planeta. Una sociedad caracterizada por la necesidad de
gratificaciones inmediatas, por el nada a largo plazo que tan magistralmente
analizó el sociólogo Richard Sennett en su obra La corrosión del carácter9, o
por “tenerlo todo y tenerlo ya”, que proclamaba indecorosamente el anuncio de
una operadora de telefonía.
vii
Los mayores constituyentes de la bruma, son las partículas: polvo, gotas de líquido, y el
hollín de la quema de petróleo o el carbón. Las partículas menores de 10 micrómetros
(llamadas PM10) son lo suficientemente pequeñas para entrar en los pulmones, donde causan
problemas respiratorios. En dicho día, la densidad de PM10 alcanzó 560 microgramos de aire
3
(en EEUU el nivel máximo en ciudades es de 150 microgramos/m ). Pero la mayor parte de la
neblina son partículas más finas, de diámetro inferior a 2.5 micrómetros (PM2.5), las cuales
pueden alojarse más profundamente en los pulmones y, en ocasiones, su contenido pasar al
torrente sanguíneo. Dicha mañana las mediciones de PM2.5 estuvieron fuera de escala.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
24
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Una sociedad que cegada por los bajos precios de las tierras raras que en años
pasados ofrecía China, pensando solo en la rentabilidad económica a corto
plazo y sin querer saber nada de las inhumanas condiciones en que se extraen
y procesan en dicho paísviii, fue cerrando sus minas. Hasta que, como no podía
ser de otro modo, China consiguió el monopolio mundial de la producción de
tierras raras, lo que le permite fijar unilateralmente y con total libertad precios y
cuotas de exportaciónix, así como interrupciones unilaterales en el suministro,
como ocurrió tras el incidente del pesquero apresado por Japón en las islas
Senkaku/Diaoyu, que mencionamos al inicio de este trabajo. Occidente ha
caído en una trampa que ella misma ha construido. Así, actualmente, el
suministro de materias primas imprescindibles para el desarrollo de las nuevas
tecnologías en los países occidentales está, prácticamente en su totalidad, en
manos de China.
El riesgo del monopolio chino de las tierras raras, así como sus consecuencias
era tan claro que haber llegado a esta penosa situación solo puede explicarse
por la ceguera propia de una mentalidad unidimensional poseída por el
intelectualmente tosco economicismo neoliberal que ha convertido en deidad
única la codicia y en obsesión la obtención de beneficios a corto plazo.
Y mientras que diariamente los medios de comunicación, centrados solo en el
presente y en esta economía, nos bombardean hasta el hartazgo con noticias
del último indicador bursátil, estos mismos medios ignoran, silencian y se
olvidan de asuntos tan graves como éste y otros similares que en un plazo no
muy largo van a causar muy importantes problemas a nuestro planeta y a la
Humanidad.
Porque, además, se comete un gran error pensando que la contaminación que
se produce en China no llega a Occidente o que, si lo hace, será solo después
de mucho tiempo y en pequeñas cantidades. En efecto, en un plazo tan breve
como dos días y en determinadas circunstancias la contaminación de China
viii
Aunque los datos correspondan a otro sector minero, sirven para dar una idea de las
condiciones de seguridad en las que desarrollan su trabajo los trabajadores de la minería en
China: según el Diario del Pueblo Online (órgano oficial del Partido Comunista Chino) de fecha
24-08-2012, “el portavoz de la Administración Estatal de Seguridad Laboral, reveló que en la
actualidad, 35 obreros mueren en las minas por cada 100 toneladas de carbón producidas en
el
país,
10
veces
la
tasa
de
fallecimiento
de
Estados
Unidos”
(http://spanish.peopledaily.com.cn/31621/7923304.html).
ix
Temporalmente estas cuotas pueden limitarse o interrumpirse alegando fallos administrativos
como ocurrió en el incidente de las islas Senkaku/Diaoyu. Hacerlo de forma permanente
contravendría las normas de la Organización Internacional de Comercio (OIC) de la que China
forma parte, pero hay una solución sencilla para limitar las cantidades a exportar: limitar (o
hacer como que se limita) la producción.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
25
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
llega a Estados Unidos. Una tormenta en China puede provocar que el polvo
tóxico de las minas a cielo abierto o los contaminantes de las fábricas y de las
centrales eléctricas de carbón se desplace a las capas altas de la atmósfera,
desde donde por la corriente en chorro es transportado fácilmente a la costa
oeste de Estados Unidos. Y, una vez allí, se dispersará por el aire y será
inhalado por los ciudadanos estadounidenses.
La imagen de satélite de la fotografía de la izquierda, correspondiente al 11 de
Noviembre de 2008, muestra nubes de contaminación sobre California,
Nevada y Arizona, procedentes de China y transportadas desde allí como
consecuencia de una fuerte tormenta ocurrida en dicho país unos días antes.
En la fotografía de la derecha se señala la corriente en chorro que transportó la
contaminación desde China a EEUU10. En los últimos años, cada vez más, la
contaminación de Asia está llegando a los Estados Unidos. Hechos como éste
ocurren ahora cada poco tiempo.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
26
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
¿QUÉ SON LAS
TIERRAS RARAS?
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
27
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
¿QUÉ SON LAS TIERRAS RARAS?
¿Qué elementos se consideran incluidos en las tierras raras?
Depende de la fuente que se consulte: en algunos casos se consideran tierras
raras sólo los 15 lantánidos, en otras los 15 lantánidos más el itrio y en otras
los 15 lantánidos más el itrio y el escandio. Aquí nos inclinaremos por la última
opción, la cual considera que son los 17 elementos químicos mencionados en
último lugar y que es la aceptada por la International Union of Pure and Applied
Chemistry (IUPAC)11.
Son varias las razones que justifican que itrio y escandio se incluyan en las
tierras raras junto con los lantánidos: que están en el mismo grupo del sistema
periódico, que presentan el estado de oxidación trivalente como el más estable
y que poseen un radio iónico semejante al de los lantánidos. Todo ello les
confiere propiedades químicas similares, por lo que es frecuente (sobre todo en
el caso del itrio) encontrarlos en los mismos minerales que los lantánidos y
explica también que hayan estado ligados históricamente a ellos.
Es decir:
•
Los 15 lantánidos comprendidos entre los números atómicos 57 (lantano) y
71 (lutecio): lantano (La, 57), cerio (Ce,58), praseodimio (Pr,59), neodimio
(Nd, 60), prometio (Pm, 61), samario (Sm, 62), europio (Eu, 63), gadolinio
(Gd, 64), terbio (Tb, 65), disprosio (Dy, 66), holmio (Ho, 67), erbio (Er, 68),
tulio (Tm, 69), iterbio (Yb, 70) y lutecio (Lu, 71).
•
Junto con el escandio (Sc, 21), y el itrio (Y, 39).
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
28
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
La tabla periódica que se
muestra en la figura es común
en la comunidad científica
dedicada al estudio de las
tierras raras12. En ella no
figuran los lantánidos en un
apéndice de la misma como
ocurre en la tabla periódica
normal.
El
estado
de
oxidaciónx más común de los
elementos de las tierras raras es el trivalente, aunque varios elementos pueden
presentar, además, estados de oxidación divalentes (Sm2+, Eu2+, Tb2+) o
tetravalentes (Ce4+, Pr4+, Nd4+, Tb4+). Estos otros estados de oxidación se
muestran fuera, en el interior de cuadrados con fondo negro.
Todos los elementos de las tierras raras se encuentran presentes en la
naturaleza, aunque del prometio solo se detectan ultratrazas.
Lo primero que sorprende al comenzar a estudiar las tierras raras es su misma
denominación: las llamadas tierras raras ni son tierras (es decir, no
presentan aspecto terroso), ni son raras (en la corteza terrestre).
No son “tierras”
Como indicamos, cuando a finales del siglo XVIII se envió
una muestra de iterbita al profesor finlandés Johan Gadolin,
éste aisló de la misma un óxido que denominó yttria, que
era óxido de itrio. Todos los elementos de las tierras raras
se obtuvieron previamente (y se obtienen) en forma de
óxidos; los metales no se aislaron hasta tiempo después.
Ocurre que en aquella época los óxidos metálicos (además
de ser considerados como elementos) eran generalmente
denominados “tierras”. Y hasta nuestros días se ha seguido
manteniendo la denominación de “tierras”.
Pero los metales de las tierras raras, como metales que
son, no presentan en ningún caso aspecto terroso, sino
metálico.
x
El estado de oxidación podemos definirlo como el número entero que representa el número de
electrones que un átomo recibe (signo menos) o que pone a disposición de otros (signo más)
cuando forma un compuesto determinado.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
29
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
No son raras (en la corteza terrestrexi)
Si consideramos nuestro planeta, la Tierra, en su totalidad, e incluso el sistema
solar, las tierras raras sí que tienen bien merecida la denominación de raras: 12
de los 20 elementos estables más raros del sistema solar pertenecen a las
tierras raras13.
Ahora bien, en la corteza terrestre, estos elementos no tienen justificada la
denominación de raros, ya que precisamente en ella no son de los más
escasos. Así, por ejemplo, el cerio, el elemento más abundante de todos los
que integran las tierras raras, es más abundante en la corteza terrestre que el
cobre, ocupando el puesto 25 entre los 78 elementos estables y comunes. Del
mismo modo, el lantano y el neodimio son más abundantes que el plomo, que
el níquel o que el cobalto. Incluso los dos elementos más escasos, que son el
tulio y el lutecio, son más abundantes que el platino o la plata y casi 200 veces
más que el oro.
En la figura siguiente se representa la abundancia de diversos elementos
presentes en la corteza terrestre por cada millón de átomos de silicio en la
misma14. Obsérvese que los átomos de los elementos de las tierras raras (en
azul) son más abundantes en la corteza terrestre que muchos otros elementos.
(Fuente: Rare Earth Elements – Critical resources for high technology, U.S. Geological Survey Fact Sheet 087-02,
4 p., 2005, Haxel, Gordon B., Hedrick, James B., and Orris, Grdeeta J.)
xi
Capa superficial sólida de la tierra
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
30
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Los más abundantes son el escandio, el cerio, el itrio, el lantano y el neodimio.
Tanto como lo son metales tan comunes como el cromo, el níquel, el zinc, el
molibdeno, el estaño, el wolframio o el plomo.
En la tabla se muestra la
abundancia de los elementos de
las tierras raras en la parte
superior de la corteza terrestre,
en partes por millón (ppm).
Actualmente se conocen más de
200 minerales que contienen
tierras raras, estando estimadas
las reservas mundiales de los
óxidos en alrededor de 100
millones de toneladas.
Entonces, si son relativamente
abundantes en la corteza
terrestre, que es donde vivimos,
¿por qué se las denomina
“raras”?
La razón es porque:
están muy dispersas en la corteza terrestre.
se encuentran normalmente en concentraciones muy bajas: mucho menos
concentradas que los metales con cuya abundancia los acabamos de
comparar (de unas decenas a unos centenares de partes por millón en
peso).
Debido a ello, originalmente a estas tierras se las calificó como “raras”,
denominación que se ha mantenido hasta nuestros días, si bien actualmente,
se suele aplicar a los elementos más que a sus óxidos.
Las razones expuestas explican también, en parte, la dificultad y complejidad
de minería de las tierras raras y su costosa obtención, tal como expondremos
más adelante.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
31
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Propiedades físicas y químicas
¿Por qué incluir en un trabajo como éste, de carácter divulgativo, las
propiedades físicas y químicas de los elementos de las tierras raras? La razón
es que solo a partir de un conocimiento, aunque sea básico, de sus especiales
propiedades es posible comprender su comportamiento, su importancia, así
como la dificultad (o imposibilidad) de sustituirlos por otros elementos..
Y, como no podía ser de otro modo, tanto las propiedades físicas como las
químicas de los elementos de las tierras raras están íntimamente relacionadas
con sus configuraciones electrónicasxii. Los lantánidos poseen
configuraciones electrónicas únicas, lo cual explica sus especiales e
irrepetibles características, que los hace insustituibles en multitud de
aplicaciones.
Indudablemente, existe una dificultad: para describir con rigor las
configuraciones electrónicas de los elementos, es preciso recurrir a principios
físicos de mecánica cuántica, familiares sólo a aquellos que poseen formación
científica en este campo. La mecánica cuántica, que estudia el mundo atómico,
es extraordinariamente compleja. No es modelizable, es decir, no puede ser
explicada recurriendo a analogías con el mundo real. Tampoco puede ser
explicada con el lenguaje ordinario; solo es abordable mediante el lenguaje de
las matemáticas. Paul Dirac, uno de los más grandes físicos del pasado siglo
escribía al respecto: «Las nuevas teorías están formadas por conceptos físicos
que no pueden explicarse en términos de cosas previamente conocidas por el
estudiante, que ni siquiera pueden ser explicadas adecuadamente con
palabras».
Ahora bien, para quienes deseen solamente una comprensión aproximada de
la naturaleza del mundo atómico, es posible explicar las configuraciones
electrónicas y algunas de las características que se deducen de ellas de una
manera sencilla, aunque aproximada, mediante el recurso a analogías. Así,
podemos establecer una analogía entre la estructura del átomo y la del sistema
solar. Según ésta, el núcleo atómico
se situaría en el centro del átomo
(en el lugar que ocupa el sol en el
sistema solar), y los electrones en
diferentes orbitales alrededor de
dicho núcleo (tal como ocurre con
los planetas que se mueven en
diferentes órbitas en torno al sol).
xii
Se denomina configuración electrónica de un átomo a la distribución de los electrones en
los diferentes orbitales del mismo.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
32
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Una diferencia importante es que mientras que en el sistema solar hay solo
ocho órbitas, correspondientes a los ocho planetasxiii, en los átomos
plurielectrónicos son muchos los orbitales existentes, los cuales pueden (o no)
estar ocupados por electrones.
También, aunque hemos identificado órbitas con
orbitales, tienen significados muy diferentes. Una
órbita es la trayectoria precisa que sigue un planeta,
por lo que en un momento dado es posible conocer
su posición. Esto no es así en el caso de los
orbitales, pues éstos definen regiones del espacio en
las que pueden encontrarse los electrones, pero sin que podamos saber con
precisión el lugar exacto donde se encuentran.
Recordemos que unos átomos se
distinguen de otros por el número de
electrones
que poseen en sus
orbitales (igual al número de protones
en su núcleo). Número denominado
número atómico. Un átomo dado se
corresponde con la estructura del
átomo de número atómico inferior, adicionándole un protón en su núcleo y un
electrón en sus orbitales. Así, el átomo de hidrógeno (número atómico 1) tiene
un solo electrón alrededor de su núcleo, el de helio (número atómico 2) dos
electrones, el de litio (número atómico 3) 3 electrones, etc.
Capas o niveles energéticos
Los orbitales de un átomo se agrupan en
diferentes capas o niveles energéticos.
Las distintas capas se designan con las
letras mayúsculas K, L, M, N,… Cada una
de ellas agrupa un diferente número de
orbitales, de acuerdo a la expresión 2·n2
(para n=1, 2, 3,…). Es decir, tal como se muestra en la tabla siguiente, el nivel
K está constituido por dos orbitales que pueden contener dos electrones (= 2 ·
12), el nivel L ocho orbitales (hasta 8 electrones: 2 · 22), el nivel M dieciocho
orbitales (hasta 18 electrones: 2 · 32), etc.
La capa K es la más próxima al núcleo atómico, le sigue la L, a continuación la
M, después la N, etc.
xiii
Recordemos que desde el año 2006 Plutón no es considerado un planeta.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
33
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Orbitales o subniveles energéticos
Como hemos comentado, en cada capa o nivel de energía, existen diferentes
orbitales electrónicos, que son los únicos lugares del espacio en los que en los
que pueden encontrarse los electrones.
Los diferentes tipos de orbitales se designan con las letras minúsculas s, p, d,
f, g y h. Respectivamente, pueden contener, como máximo, 2, 6, 10, 14, 18 y
22 electrones respectivamente, según se muestra en la tabla.
CAPA o NIVEL
K
L
M
N
0
P
Q
Número de
electrones posibles 2
en cada capa
8
18
32
50
72
8
s s p s
p
ORBITAL
Número de
electrones posibles 2 2 6 2
en cada orbital
d
s
6 10 2
p
d
f
s
6 10 14 2
p
d
f
g s p
d
f g h
s
p
6 10 14 18 2 6 10 14 18 22 2
6
Nota
La notación que se utiliza es la siguiente: el número que precede a la letra (s, p, d
ó f) del orbital, corresponde a la capa a la que pertenece el orbital (capa K = 1,
capa L = 2, capa M = 3, capa N = 4, etc.), y el exponente de la letra es el número
de electrones que hay en dicho orbital.
Dentro de cada capa, los subniveles
seguirán el mismo orden mencionado en
cuanto a su alejamiento del núcleo
atómico: s, p, d, f, g y h. Es decir, el
subnivel s será el más próximo al núcleo,
el p (cuando exista) estará más alejado, a
continuación el d (también cuando exista)
y así sucesivamente.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
34
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Los diferentes tipos de orbitales atómicos tienen formas
diferentes. Todos los orbitales s son esféricos. En los orbitales s
los electrones tienen la misma probabilidad de ser encontrados
en cualquier dirección y a cualquier distancia del centro atómico.
Los tres orbitales p tienen una forma similar a una pesa de
gimnasia, con una región delgada y estrecha. Los cinco
orbitales d y los siete orbitales f tienen las formas que se
muestran en las figuras siguientes.
Independientemente de su forma, un orbital sólo puede
contener un máximo de dos electrones
Puesto que las formas de los orbitales son tan complejas, para
representar la configuración electrónica de los átomos se suele
recurrir a diagramas orbitales simplificados: cuadrados o círculos, en
el interior de los cuales se incluyen una o dos flechas que
corresponden al espínxiv o espines del electrón o de los electrones del
orbital.
Debemos tener en cuenta que en el caso de que en un mismo
orbital existan dos electrones, el sentido del espín de uno debe
diferir del sentido del otro, lo cual convencionalmente se indica con flechas de
sentidos opuestos. A estos electrones se les llama electrones apareados.
En un mismo orbital no pueden existir dos electrones que tengan
los espines del mismo sentido.
Cuando en un orbital haya solo un electrón, independientemente de
cuál sea el sentido de su espín, a este electrón se le llamará electrón
desapareado.
xiv
Es espín es, en mecánica cuántica, una propiedad de partículas como los electrones,
relacionada con el hecho de que se comportan como si estuvieran sometidas a un movimiento
de rotación, sobre ellas mismas, dando origen de este modo a un momento angular,
denominado espín.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
35
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Precisamente, muchas de las especiales propiedades de los elemento de las
tierras raras son debidas a la presencia en ellos de electrones desapareados.
Las relevantes propiedades magnéticas de los elementos de
las tierras raras se deben a la presencia de electrones
desapareados en la capa 4f.
Criterio de ocupación de los orbitales por los electrones
Los átomos tienden a conseguir máxima estabilidad. Ésta se logra con una
distribución adecuada de los electrones en los orbitales. En los átomos de
menores números atómicos esta estabilidad implica que la secuencia de
ocupación de los orbitales por parte de los electrones sea tal que éstos vayan
ocupando sucesivamente los orbitales comenzando por los más próximos al
núcleo atómico y alejándose progresivamente de éste. Cada electrón adicional
que se incorpore para el elemento de siguiente número atómico lo hará, pues,
en un orbital cuya distancia al núcleo será a mayor que la distancia del orbital
que ocupó el electrón anterior y menor que la de cualquiera de los orbitales
restantes.
Ahora bien, esta regla se deja de cumplir muy pronto, a partir de los primeros
elementos. En efecto, en muchos de los elementos de números atómicos más
elevados la ocupación de los orbitales por parte de los electrones ya no se
hace siguiendo el criterio de menor a mayor distancia al núcleo atómico, sino
que en muchos casos se ocupan capas más externas, mientras que algunas de
las más internas permanecen total o parcialmente desocupadas.
Tal ocurre en los lantánidos, lo cual explica algunas de sus
propiedades.
En ellos los electrones ocupan los orbitales 5p y 6s antes que el
orbital 4f, más interno, que permanece o desocupado o solo
parcialmente ocupado.
Como consecuencia, los orbitales más externos 5p y 6s,
(pertenecientes a los capas O y P, respectivamente), apantallan al
orbital 4f, más interno.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
36
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Analicemos la configuración electrónica del lantano, número atómico 57:
57 Lantano (La):
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 5d1 6s2
Observemos que mientras que quedan sin ocupar todos los orbitales 4f de la
capa N, los orbitales s y p están totalmente ocupados y parcialmente ocupado
el orbital d, todos ellos pertenecientes al nivel O, nivel más exterior que el N. Y
no solo eso, sino que también se encuentra totalmente ocupado el orbital s de
la capa P, aún más externa. En consecuencia, nos encontramos con un orbital
interior, el 4f, totalmente desocupado, rodeado de varios orbitales más externos
ocupados por electrones (algunos de estos orbitales totalmente llenos).
¿Qué ocurrirá en el caso del siguiente lantánido, el cerio, número atómico 58?
¿En qué orbital se situará el electrón adicional que se incorporará? Bien, pues
este electrón ahora si se incorpora en el orbital 4f, más interno que los orbitales
5s, 5p o 6s.
Y en cuanto al resto de los lantánidos, de crecientes números atómicos, los
electrones que se van incorporando lo van haciendo, uno tras otro en dicha
capa interna 4f, tal como se muestra en la tabla de la página siguiente.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
37
CAPA / ORBITAL
Número
atómico
Elemento
21
Escandio ( Sc)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d1
4s2
39
Itrio (Y)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d1
5s2
57
Lantano (La)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
5s2
5p6
5d1
-
6s2
58
Cerio (Ce)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f1
5s2
5p6
5d1
-
6s2
59
Praseodimio (Pr)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f3
5s2
5p6
-
-
6s2
60
Neodimio (Nd)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f4
5s2
5p6
-
-
6s2
61
Promecio (Pm)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f5
5s2
5p6
-
-
6s2
62
Samario (Sm)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f6
5s2
5p6
-
-
6s2
63
Europio (Eu)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f7
5s2
5p6
-
-
6s2
64
Gadolinio (Gd)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f7
5s2
5p6
5d1
-
6s2
65
Terbio (Tb)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f9
5s2
5p6
-
-
6s2
66
Disprosio (Dy)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f10
5s2
5p6
-
-
6s2
67
Holmio (Ho)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f11
5s2
5p6
-
-
6s2
68
Erbio (Er)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f12
5s2
5p6
-
-
6s2
69
Tulio (Tm)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f13
5s2
5p6
-
-
6s2
70
Iterbio (Yb)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f14
5s2
5p6
-
-
6s2
71
Lutecio (Lu)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2
4p6
4d10
4f14
5s2
5p6
5d1
-
6s2
K
L
M
N
O
P
Fuente: elaboración propia
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
38
Los electrones responsables de las propiedades de los iones lantánidos
son los electrones de los orbitales 4f, los cuales se encuentran
protegidos muy efectivamente de la influencias del exterior por los
orbitales más externos 5s2, 5p6 y 6s2.
En consecuencia, los estados de las diversas configuraciones 4fn sólo
se ven afectados muy ligeramente por el medio que rodea a los iones.
Observemos también como desde el cerio al gadolinio, la totalidad de los
electrones de dicha capa 4f son electrones desapareados. Y que los
siguientes elementos -hasta el tulio- también poseen electrones
desapareados.
En cuanto a sus propiedades físicas, lo más destacado de los elementos de
las tierras raras son sus excepcionales propiedades magnéticas y ópticas.
•
Poseen configuraciones electrónicas muy especiales, lo que hace que
sean prácticamente insustituibles en multitud de aplicaciones.
•
Se distinguen e identifican por el número de electrones que tienen en la
subcapa 4f, subcapa relativamente superficial pero interna, la cual puede
admitir hasta 14 electrones.
•
El origen del fuerte magnetismo de los átomos de los elementos de las
tierras raras se debe casi completamente a la contribución de los electrones
desapareados de la capa 4f, cuyos momentos magnéticos no solo no se
cancelan entre sí, sino que se alinean con los campos exteriores,
reforzándolos. Las diferencias en el comportamiento magnético entre ellos
se explica por las diferencias en el número de electrones 4f que poseen.
•
La subcapa 4f se encuentra parcialmente apantallada por las subcapas
más externas y completas 5s, 5p y 6s, como consecuencia de lo cual
se reducen los posibles efectos de los demás iones del sólido sobre
dichos orbitales 4f. Este apantallamiento permite que el acoplamiento
spin-orbita sea más fuerte que los efectos de los campos eléctricos
inhomogéneos procedentes de otros iones del cristal.
•
Estos elementos, al ser excitados, dan lugar a transiciones entre los
orbitales 4f con unas líneas de emisión muy nítidas, ya que el mencionado
apantallamiento protege muy efectivamente de influencias externas
procedentes del medio circundante, siendo despreciables las interacciones
con átomos vecinos.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
39
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Respecto a sus propiedades químicas, la singularidad más destacada de las
tierras raras es que todos sus elementos presentan un comportamiento químico
extraordinariamente similar entre sí.
El comportamiento químico de los elementos viene determinado por la
estructura de sus capas más externas ya que, lógicamente, son éstas las
que sirven a los átomos para establecer enlaces con otros átomos. Pues
bien, a partir de esta consideración, es fácil entender el comportamiento
químico tan similar de los distintos elementos de las tierras raras debido a la ya
comentada casi idéntica distribución de sus electrones en los niveles más
externos, O y P.
Es precisamente esta estrecha analogía química lo que dificulta
extraordinariamente la separación de unos elementos de las tierras raras de
otros, a partir de los diferentes minerales en los que conjuntamente se
encuentran. Los procesos de obtención de elementos puros son, en
consecuencia, complicados y, por lo tanto, costosos. De hecho no fue hasta la
década de los 40 del pasado siglo cuando se lograron desarrollar procesos
rentables de purificación de los elementos de las tierras raras.
También, como consecuencia de la gran similitud de sus propiedades
químicas, en la larga historia de la tierra, estos elementos se han mantenido
agrupados en determinadas rocas, incorporándose a ciertos minerales, tras
eones de repetidos procesos de fusión y resolidificación, formación de
montañas, erosión, exposición a vapores de agua e inmersión en el medio
marino. La gran semejanza química de los distintos elementos de las tierras
raras explica el hecho de que tiendan a encontrarse juntos en los mismos
minerales, así como que la separación de dichos elementos se haga
extraordinariamente difícil y también explica que se produjeran tantos
descubrimientos falsos en lo que era simplemente mezcla de varios elementos.
No existe mucha información sobre la toxicidad de las tierras raras, pero todo
parece indicar que es baja o, en último caso, moderada: estos metales no son
absorbidos por la piel, son mal absorbidos desde el tracto gastrointestinal y se
absorben lentamente en los pulmones o tras ser inyectados.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
40
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Tierras raras ligeras, pesadas y medias
Desafortunadamente no existe un criterio universalmente aceptado en cuanto a
la clasificación de las tierras raras. En efecto, no solo podemos encontrar
ordenaciones que agrupan a dichos elementos tanto en dos como en tres
categorías, sino que también ocurre que varían los elementos incluidos en cada
una de estas categorías. En consecuencia, siempre se hace preciso conocer el
criterio que se está utilizando.
Tradicionalmente, basándose en el número atómico, los elementos de las
tierras raras se han dividido, por lo general, en dos grupos15: tierras raras
ligeras (Light Rare Earth Elements, LREE; números atómicos 57 a 63: La, Ce,
Prxv, Nd, Pm, Sm y Eu) y tierras raras pesadas (Heavy Rare Earth Elements,
HREE; números atómicos 64 a 71: Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu).
TIERRAS RARAS LIGERAS
La
Ce
Pr
Nd
Pmxi Sm
TIERRAS RARAS PESADAS
Eu
Gd
Tb
Dy
Sc
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Y
Nota
Aunque el itrio, de número atómico 39, es mucho más ligero que las tierras
raras pesadas, normalmente se incluye en su mismo grupo debido a su
comparable radio iónico y similares propiedades físicas y químicas, lo cual le
hace estar presente en los mismos depósitos naturales. Por razones
parecidas, el escandio se incluye en las tierras raras ligeras.
Sin embargo, en ocasiones, se distinguen tres grupos en lugar de dos: tierras
raras ligeras (Light Rare Earth Elements, LREE), tierras raras medias (Middle
Rare Earth Elements, MREE) y tierras raras pesadas (Heavy Rare Earth
Elements, HREE).
En este caso, lo más común es el agrupamiento siguiente16:
Tierras raras ligeras, LREE:
lantano a neodimio
Tierras raras medias, MREE: samario a holmio
Tierras raras pesadas, HREE: erbio a lutecio
TIERRAS RARAS LIGERAS
La
Ce
Pr
Nd
TIERRAS RARAS MEDIAS
Pm Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
TIERRAS RARAS PESADAS
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
xv
Normalmente el prometio no se considera ya que, recuérdese, es un elemento que ha de ser
producido artificialmente en laboratorio, de él sólo se encuentran ultratrazas en materiales
naturales y tampoco tiene isótopos estables de larga vida.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
41
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Las tierras raras pesadas (HREE) son, por lo general (aunque no siempre),
mucho más escasas que las ligeras (LREE). Así pues, la mayoría de los
depósitos minerales de tierras raras están dominados, en términos de
tonelaje, por la presencia de LREE.
También, las HREE se presentan más frecuentemente en minerales que
son más difíciles de procesar que los minerales, más comunes, más ricos
en LREE.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
42
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
¿De dónde se obtienen las tierras raras?
Las rocas en las que se encuentran los minerales que contienen los elementos
de las tierras raras son rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas, las cuales
se han enriquecido en elementos de las tierras raras mediante procesos
primarios ígneos o hidrotermales o procesos secundarios sedimentarios. Para
poder comprender dónde se localizan en la corteza terrestre estas rocas,
trataremos brevemente los mencionados procesos mediante los cuales sus
elementos se concentran en ciertos minerales.
Sabemos que la corteza de la Tierra se ha generado a partir de procesos
ígneos, es decir, aquellos en los que el magma (mezcla de rocas fundidas,
volátiles y sólidos que se encuentran en el interior de la Tierra) se enfría y se
solidifica. El enfriamiento del magma en la corteza da lugar a una serie de
fases sucesivas de cristalización a temperaturas cada vez más bajas. A medida
que la masa fundida del magma se va enfriando, van cristalizando minerales,
es decir, se van formando minerales específicos para diferentes rangos de
temperaturas, en un proceso denominado de cristalización fraccionada. Al
cristalizar, los minerales que se van formando, van “descartando”, dejando
aislados, sin combinarse, a determinados elementos en la fase fundida del
magma (fase líquida). Estos elementos, que por su tamaño y/o carga presentan
mayor dificultad para la formación de minerales, se denominan elementos
incompatibles. Incompatibles significa, pues, que son elementos que tienen
afinidad para permanecer en el material fundido. En consecuencia, a medida
que el magma se va enfriando y se van formando diferentes minerales, el
magma restante (es decir el que aún permanece en estado líquido) difiere cada
vez más de la composición del magma original pues está enriquecido,
lógicamente, en elementos incompatibles. Por esta razón, la corteza terrestre
superficial es más rica en elementos incompatibles que las capas inferiores.
La mayor parte de la corteza terrestre está constituida por silicatos; los
minerales formadores de rocas se basan principalmente en un anión (carga
negativa) concreto: el tetraedro de sílice SiO4-4. Diferentes cationes (carga
positiva) de elementos tales como el magnesio, el hierro, el calcio, etc.,
presentan un alto grado de compatibilidad con el anión SiO4-4, por lo que se
unen fácilmente a él formando minerales y, en consecuencia son separados del
magma líquido en las fases iniciales del enfriamiento de éste.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
43
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
¿Qué ocurre con los elementos de las tierras raras? Pues bien, tanto debido a
sus tamaños como a sus inadecuados estados de valencia para formar
minerales, la mayoría de los elementos de las tierras raras presentan un alto
grado de incompatibilidad con la mayoría de los silicatos comunes. En
consecuencia, van quedando aislados en la masa fundida durante la
cristalización fraccionada a medida que, al enfriarse progresivamente el
magma, van ocurriendo las sucesivas fases de cristalización de los diferentes
minerales formados con elementos menos incompatibles que ellos.
http://rareearthelements.us/ree_in_space
Ilustración modificada de Wikimedia commons: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fractional_crystallization.svg
Sólo en circunstancias poco comunes, y en unos pocos minerales de baja
temperatura, (en rocas carbonáticas y fosfáticas), llegan los elementos de las
tierras raras a formar minerales estables. No obstante, su incompatibilidad
química con otros elementos hace que se incorporen con dificultad en las
estructuras cristalinas de los minerales que forman las rocas. Por ello, más que
incorporados a los mismos, lo más habitual es que estos elementos sean
atrapados dentro de la roca en su conjunto por los minerales en crecimiento y
queden distribuidos en silicatos en los que están presentes como una
alteración de su red cristalina. Ésta es la forma en que la mayoría de los
silicatos de las rocas de la corteza incorporan pequeñas cantidades de los
elementos de las tierras raras. Así, al no integrarse en cantidades apreciables
en los silicatos, permanecen dispersos en un amplio rango de tipos de rocas.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
44
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Los elementos de las tierras raras ligeras son los de mayor radio iónico y los
menos compatibles, mientras que los elementos de las tierras raras pesadas
son los de menor radio iónicoxvi y los más compatibles.
Esto explica, en partexvii, las diferencias de abundancia existentes entre los
diferentes elementos constituyentes de las tierras raras en la corteza terrestre:
los elementos de tierras raras ligeras (más incompatibles) se encuentran
concentrados en mayor medida en la corteza terrestre que los de las tierras
raras pesadas (más compatibles). En la mayoría de los yacimientos de
minerales de tierras raras, los primeros cuatro elementos de tierras raras lantano, cerio, praseodimio, y neodimio- constituyen entre el 80% y el 99% del
total de metales de tierras raras presentes en el mineral.
Un proceso geológico mediante el cual, en ocasiones, se produce una
concentración de elementos de las tierras raras a partir de rocas que los
contienen se basa en el principio de que las rocas funden en el orden inverso al
que cristalizan. Es decir, que los últimos minerales en formarse cuando el
magma se enfría son los primeros en fundir cuando se calienta la roca. Los
elementos incompatibles (como los de las tierras raras) en una roca,
constituyen los eslabones más débiles en una estructura cristalina, y por lo
tanto sus enlaces serán los primeros que se rompan si la temperatura se eleva.
xvi
Esto es debido a la denominada “contracción lantánida” que consiste en una significativa,
progresiva y gradual disminución en el tamaño de los átomos e iones de los lántánidos con el
aumento de su número atómico. En consecuencia, el lantano tiene el mayor tamaño y el lutecio
el menor. Este hecho tiene ciertos efectos importantes sobre sus propiedades, como la que
aquí mencionamos de su mayor o menor compatibilidad.
Como regla general, los volúmenes de los átomos aumentan a medida que se incorporan
capas electrónicas. La contracción lantánida se debe a lo siguiente: en un átomo con muchos
electrones, los electrones externos son, simultáneamente, atraídos al núcleo (con carga
positiva), y repelidos por los electrones de los subniveles más internos (cargas negativas).
Debido a las características direccionales de los subniveles 4f, éstos tienen muy poca
capacidad de apantallamiento, de las capas más externas. En consecuencia, las repulsiones
que los electrones que se van añadiendo a 4f a lo largo de toda la serie lantánida ejercen sobre
los subniveles más externos (5s, 5p y 6s) no pueden compensar el aumento de la atracción
debida al incremento de la carga positiva en los núcleos a medida que se incrementa el número
atómico y, debido a ello, las nubes electrónicas se contraen y los átomos se van haciendo más
“compactos” de izquierda a derecha a lo largo del periodo; desde el lantano al lutecio.
xvii
Otra razón es la nuclear: los elementos de tierras raras con números atómicos pares (Ce
(58), Nd (60), etc.) presentan abundancias cósmicas y terrestres mayores que los elementos de
tierras raras vecinos con números atómicos impares (La (57), Pr (59), etc.).
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
45
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Así, si tiene lugar algún proceso geológico a elevada temperatura en rocas que
contengan elementos de las tierras raras, estos elementos se liberarán,
enriquecerán selectivamente el fluido resultante y darán lugar a una mayor
concentración de los mismos en las rocas de más baja temperatura de fusión
que se formenxviii.
Fuente: Rare Earth Elements - A key to understanding geological sorting processes in the solar system
http://rareearthelements.us/ree_in_space
Ilustración modificada de: http://www.nvcc.edu/home/cbentley/105/billy_goat_trip.htm
xviii
El escandio, aunque se considera un elemento de las tierras raras, por poseer un radio
iónico menor que el lutecio (el lantánido de menor radio iónico) no sigue al resto de los
elementos de las tierras raras en las sucesivas transformaciones geológicas y, por ello, no se
encuentra en los mismos minerales en los que se encuentra el resto.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
46
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
Minerales que contienen tierras raras
Actualmente se conocen alrededor de 200 minerales que contienen elementos
de las tierras raras, aunque solamente un número relativamente pequeño de
ellos son menas cuyo tratamiento resulta rentable para la obtención de dichos
elementos.
Advirtamos que los elementos de las tierras raras no se presentan nunca en la
naturaleza como elementos metálicos sino que lo hacen, en una amplia
variedad de minerales, como haluros, carbonatos, óxidos y fosfatos.
Generalmente las tierras raras no se extraen en minas específicas para alguno
de estos elementos. Por el contrario, se suelen obtener como coproductos o
productos secundarios de otros elementos que tienen aplicaciones, uso,
precios y demanda del mercado totalmente diferentes. Tal es el caso de
algunos minerales de hierro que contienen tierras raras de diferentes
composiciones y concentraciones. Esto hace que el suministro de los
elementos de las tierra raras sea parcial o totalmente independiente de sus
niveles de demanda o de su precio17.
El impacto de la coproducción en la dinámica del mercado es, pues, función del
precio de los coproductos, de su abundancia en el mineral, así como de los
costes de separación y refinado de cada producto. Por ejemplo, el hierro que
se produce como producto primario en las minas de Baotou (China), es menos
valioso en peso que las tierras raras, que son subproductos. El hierro se separa
más fácilmente del mineral y se procesa con menos problemas para convertirlo
en un producto comercializable. En otras minas la mayor parte de los ingresos
provienen de la extracción de producto primario, por lo que se ignoran las
consideraciones relativas a los metales minoritarios y, en consecuencia, las
decisiones operacionales se toman basándose fundamentalmente en el precio
y en la demanda del producto primario.
La mayor parte de los elementos de las tierras raras se
encuentran principalmente en tres minerales
(bastnasita, monacita, y xenotima), en menor cantidad
en otros (loparita y apatito) y en arcillas lateríticasxix.
xix
Las arcillas lateríticas son arcillas características de las regiones tropicales, de color rojizo o
amarillento por el óxido de hierro que contienen (junto a hidróxido de aluminio) y que se han
generado a partir de procesos de meteorización y alteración de rocas alumínicas.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
47
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
La tabla siguiente muestra algunos de los principales minerales que contienen
tierras raras, su composición, algunos países donde existen yacimientos, así
como el porcentaje máximo de óxidos de elementos de tierras raras (REO,
Rare Earth Oxides) que pueden encontrarse en ellos. Dado que las tierras
raras son frecuentemente separadas y vendidas en forma de óxidos, es
habitual exponer la riqueza de los yacimientos en términos de óxidos de tierras
raras en lugar de como elementos (REE: Rare Earth Elements).
Monacita y bastnasita son las principales fuentes de tierras raras ligeras,
principalmente Ce, La y Nd. La monacita, al igual que la bastnasita, tiene un
contenido mayoritario de las tierras raras ligeras. Ahora bien, la monacita
contiene menos La, más Nd y más tierras raras pesadas que la bastnasita.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
48
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
La monacita, que es el mineral más abundante, contiene en ocasiones y en
cantidades variables, torio y también uranio, que son elementos radiactivos.
Ello complica considerablemente su extracción, procesamiento así como la
gestión de los residuos18.
La xenotima contiene sobre todo
tierras raras pesadas, incluyendo
itrio, disprosio, erbio, iterbio y
holmio.
El
yacimiento
más
importante
se
encuentra
en
Guangdong (China). Este mineral
tiene un alto contenido en torio y
uranio, por lo que presenta una alta
radiactividad.
En algunos casos, un alto contenido en elementos radiactivos llega impedir la
explotación de un yacimiento, como es el caso de algunos yacimientos de
monacita en China y uno de xenotima en Malasia19.
En los años ochenta del siglo pasado se comenzaron a explotar las arcillas
lateríticas del sudeste de China, las cuales contienen alrededor de un 0,2% de
tierras raras bajo la forma de iones adsorbidos. Algunas de estas arcillas son
ricas en itrio, mientras que otras son ricas en neodimio y lantanoxx.
xx
El significado de las siglas IAT de las figuras es Ion Adsorption Type (IAT), es decir arcillas
del tipo de iones adsorbidos.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
49
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
El escandio está presente en más de 800 minerales, lo cual se explica porque
la similitud de radio iónico y electronegatividad del Sc3+ con cationes muy
abundantes en la naturaleza, tales como el Fe2+, Zr4+ ó Mg2+, justifica la
facilidad que posee para remplazarlos. Por ello, existen pocos minerales ricos
en escandio; solo existe un mineral en el que el escandio es mayoritario, la
thorveita, que se obtiene como subproducto del procesado de la davidita,
mineral del que se extrae uranio. Por estas razones es un metal escaso y caro.
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
50
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
REFERENCIAS
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
51
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
REFERENCIAS
1
https://www.youtube.com/watch?v=sTm4joZm3iA&feature=related
https://www.youtube.com/watch?v=7t1Z7CuFWxI
2
http://www.voanews.com/english/news/Japan-to-Release-Chinese-Trawler-Captain-Involved-in-Boat-Collision-103705774.html
3
Rare and Foolish, Paul Krugman, The New York Times, October 17, 2010
http://www.nytimes.com/2010/10/18/opinion/18krugman.html
4
Tierras raras: materiales avanzados, R. Sáez Puche y otros, Anales de la
Sociedad Española de Química, segunda época, Octubre-Diciembre 2000
5
En Chine, les terres rares tuent des villages, Le Monde, Cecilia Bontron, 20
Juillet 2012
http://www.lemonde.fr/cgi-bin/ACHATS/acheter.cgi?offre=ARCHIVES&type_item=ART_ARCH_30J&objet_id=1200674&xtmc=terres_rares&xtcr=3
6
Synthesis Report for Decision-Makers - Global Chemical Outlook: Towards
Sound management of Chemical, UNEP, September 2012,
http://www.unep.org/pdf/GCO_Synthesis%20Report_CBDTIE_UNEP_September5_2012.pdf
7
Haze over Eastern China, October 30, 2011
http://aqua.nasa.gov/highlight.php?id=46
8
http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=76935
9
La corrosión del carácter, Richard Sennett, Editorial Anagrama, Barcelona,
2000
10
Global Air Pollution - The International Traveler
http://www.oregonart.org/pollution2.html
11
http://www.ameslab.gov/dmse/rem/what-are-rare-earths
12
Tierras raras: materiales avanzados, artículo citado
13
Abundances of the elements: Meteoritic and solar, Anders E. and Grevesse
N. Geochimica et Cosmochimica Acta 53, 197-214.
14
Rare Earth Elements – Critical resources for high technology: U.S. Geological
Survey Fact Sheet 087-02, 4 p., Haxel, Gordon B., Hedrick, James B., and
Orris, Grdeeta J. , 2005
15
The Principal Rare Earth Elements Deposits of the United States—A
Summary of Domestic Deposits and a Global Perspective, U.S. Department of
the Interior, U.S. Geological Survey, 2010, http://pubs.usgs.gov/sir/2010/5220/
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
52
La crisis de las tierras raras
Un testimonio de la irracionalidad de nuestro modelo económico
16
Geochemistry of Rare Earth Elements in the Ocean, A.V. Dubinin, Lithology
and Mineral Resources, Vol. 39, No. 4, 2004, 289-307
(http://resources.metapress.com/pdf-preview.axd?code=r18384g017603454&size=largest)
http://www.navigatorresources.com.au/Projects/Cummins-Range-%28REE%29/What-are-Rare-Earths
17
Critical Materials Strategy, U.S. Department of Energy, December 2010
18
Handling and Management of Thorium and Uranium in Mining and
Processing of Rare Earth Minerals, White Paper, Rare Earth Industry and
Technology Association, April 2012
http://www.reitaglobal.org/storage/REITA%20Th%20White%20Paper%20-%20final%20-%204-20-12.pdf
19
Builder of Rare Earth Plant in Malaysia Counters Complaints, The New York
Times, Liz Gooch and Keith Bradsher, April 19, 2012
Prof. Enrique Montero
Cátedra RELEC
Universidad de Cádiz
53