En un món cada cop més dependent de la tecnologia, els elements coneguts com a terres rares han sorgit com a minerals crucials, un nou «or» del segle XXI, i ha estat motiu de conflictes entre països, i ho continuarà sent. Aquests elements, malgrat el seu nom, són vitals, i aquí podreu conèixer per què són tan importants, i què són aquests elements REE (Rare Earth Elements).
Què són les terres rares?
Les terres rares, en anglès REE (Rare-Earth Elements), són un conjunt de minerals entre els quals abunden 15 elements a la taula periòdica, coneguts com la sèrie dels lantànids. Aquests elements són fonamentals per a tecnologies que busquen reduir les emissions, el consum denergia i millorar leficiència, rendiment, velocitat, durabilitat i estabilitat tèrmica. També són un component clau en tecnologies que busquen fer els productes més lleugers i petits. Per tant, la base de la tecnologia actual, per això és important.
Això els fa indispensables i irreemplaçables en moltes aplicacions elèctriques, òptiques, magnètiques i catalítiques, i atès que no són abundants, això ha portat a conflictes, guerres, i tensions entre països, com més endavant veurem. Bé, encara que els elements de terres rares són relativament abundants a l'escorça terrestre, a causa de les seves propietats geoquímiques, solen estar molt dispersos. Això vol dir que no es troben sovint en concentracions que els facin viables per a la mineria. Precisament aquesta escassetat el que va fer que se'ls digués terres rares.
Entre els 17 elements de les REE es troben:
- Escandi (Sc)
- Itri (Y)
- Lantano (La)
- Ceri (Ce)
- Praseodimi (Pr)
- Neodimi (Nd)
- Prometio (Pm)
- Samari (Sm)
- Europi (Eu)
- Gadolini (Gd)
- Terbi (Tb)
- Disprosi (Dy)
- Holmio (Ho)
- Erbi (Er)
- Tulio
- Iterbi (Yb)
- Luteci (Lu)
Propietats de les terres rares
Quant a les propietats de les terres rares, o millor dit dels seus elements, cal destacar:
- Propietats magnètiques: el neodimi, disprosi i samari són valorats per les seves propietats magnètiques. Poden emmagatzemar grans quantitats d'energia magnètica, cosa que els fa útils en turbines eòliques, motors elèctrics, sistemes de guia, altaveus i discos durs, etc.
- Propietats luminiscents: l'europi, itri, erbi i neodimi tenen propietats luminiscents, el que significa que emeten llum quan són estimulats per radiació electromagnètica. Sutilitzen en fonts de llum eficients, pantalles, amplificació de senyals en línies de fibra òptica i làsers.
- Propietats elèctriques: el ceri, lantà, neodimi i praseodimi s'utilitzen en bateries d'hidrur de níquel-metall (NiMH) a causa de les seves propietats elèctriques. Proporcionen a la bateria una major densitat denergia i una millor capacitat de retenció després de molts cicles de descàrrega-recàrrega.
- Propietats catalítiques: el ceri i lantano s'utilitzen com a catalitzadors per a reaccions químiques a causa de la seva estructura electrònica. Són més abundants i més barats que altres terres rares, cosa que els converteix en l'elecció principal per a aplicacions catalítiques.
Història
Les terres rares són presents des de la formació de la Terra, però, no van ser descobertes fins al segle XVIII pel tinent de l'exèrcit suec Carl Axel Arrhenius. I l'aïllament dels elements d'aquestes terres encara és més recent, alguns no arribarien fins al segle XX.
Durant els 160 anys de descobriment (1787-1947), la separació i purificació dels elements de terres rares va ser un procés difícil i perllongat. Molts científics van dedicar tota la vida a obtenir aquests elements purs. Finalment, pel fet que es va trobar que els elements de terres rares eren productes de fissió d'un àtom d'urani, la Comissió d'Energia Atòmica dels EUA va fer un gran esforç per desenvolupar nous mètodes de separació. El 1947 es van publicar resultats que mostraven que els processos d'intercanvi iònic oferien una manera millor de separar les terres rares per produir els elements que s'utilitzen.
Els elements de terres rares, excepte l'escandi, són més pesats que el ferro i es produeixen per nucleosíntesi de supernoves o pel procés en estrelles de la branca asimptòtica gegant. A la natura, la fissió espontània de l'urani-238 produeix petites quantitats de prometio radioactiu, però la majoria del prometio es produeix sintèticament en reactors nuclears.
Reserves mundials de terres rares
Les reserves més importants de terres rares al món es troben als següents països:
- Xina: posseeix les majors reserves del món, amb aproximadament 44 milions de tones. A més, és el productor més gran de terres rares.
- Vietnam: alberga enormes reserves de terres rares, especialment al llarg de la frontera nord-oest amb la Xina i al llarg de la costa est, amb 22 milions de tones.
- Brasil i Rússia: tots dos països tenen reserves de 21MT.
- Índia: posseeix reserves de 6,9 milions de tones.
- Austràlia: té reserves de 4,2 milions de tones.
- Estats Units: les seves reserves pugen a 2,3 milions de tones.
- Groenlàndia: es calcula al voltant de 1,5MT.
És important esmentar que, encara que alguns països tenen grans reserves, la seva producció pot ser baixa a causa de diverses raons…
¿I Europa?
A Europa, les reserves de terres rares són escasses, i es troben principalment en els següents llocs:
- Suècia: es creu que té la reserva més gran de terres rares d'Europa. L'empresa minera LKAB, administrada per l'Estat suec, ha identificat un jaciment a prop de la ciutat de Kiruna, al nord del país, que conté més d'un milió de tones de terres rares.
- Finlàndia i Portugal: també s'han identificat llocs d'explotació en aquests països.
Pel que fa a Espanya, se sap que hi ha reserves de terres rares, encara que no s'ha investigat a fons. Per exemple, destaquen el Camp de Montiel (Ciutat Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), i recentment s'està parlant molt del fons marí davant de les coses de les Illes Canàries. Alguns d'aquests llocs encara no s'han explotat, i no se saben les reserves que existeixen, en el cas de la reserva gallega, la seva explotació es va desestimar per qüestions mediambientals, i en el cas de les Canàries, el Marroc manté tensions per apoderar-se d'aquestes explotacions …
Processament i separació
Les terres rares s'obtenen principalment a través de la mineria industrial a cel obert., en algun cas la producció de terres rares passa com un subproducte de la mineria de ferro. Els minerals que contenen terres rares es presenten com a òxids, per la qual cosa s'han de processar per obtenir els elements:
- L'extracció de terres rares es produeix en mines obertes mitjançant detonacions i maquinària pesada.
- Després de l'extracció, el mineral es tritura o es mol per al correcte processament.
- Per a la separació de la mena en òxids, es poden fer servir mètodes de lixiviació, precipitació i cristal·lització.
- Mitjançant mètodes fisicoquímics, es realitza el refinament d'òxids de terres rares en metalls amb diferents nivells de puresa.
- Aliatge de metalls de terres rares mitjançant processos químics.
- Transformació d'aliatges de terres rares en components emprats en aplicacions comercials.
Tipus de terres rares
Abans de res, cal dir que existeixen terres rares lleugeres i terres rares pesades. Les lleugeres, o LREE, són més abundants, i es componen de lantano, ceri, praseodimi, neodimi, prometio, samari, europi i escandi. En el cas de les pesades, o HREE, no solen ser tan abundants, i tenen concentracions de gadolini, terbi, disprosi, holmi, erbi, tuli, iterbi, luteci i itri.
aplicacions
Per acabar, és important conèixer quines són les potencials aplicacions de les terres rares per comprendre la seva importància actual:
- Catalitzadors i imants: a nivell global, la majoria dels elements de terres rares s'utilitzen per a catalitzadors i imants d'alt rendiment (neodimi), així com la creació de materials ceràmics especials, vidres i per al polit. Per exemple, el ceri i lantà són importants catalitzadors, i s'usen a la refineria de petroli i com a additius per al dièsel. D'altra banda, quan parlem d'imants, no només ens referim a imants convencionals, sinó que s'utilitzen per a aplicacions com els motors elèctrics de vehicles híbrids i elèctrics, generadors en algunes turbines eòliques, discos durs, electrònica portàtil, micròfons i altaveus.
- Fabricació d'aliatges i producció de cel·les de combustible i bateries d'hidrur de níquel-metall: ceri, lantà i neodimi són importants en la fabricació d'aliatges i en la producció de cel·les de combustible i bateries d'hidrur de níquel-metall.
- Electrònica: ceri, gal·li i neodimi són importants en l'electrònica i s'utilitzen en la producció de pantalles LCD i de plasma, fibra òptica i làsers, i en la imatgeologia mèdica.
- Aplicacions mèdiques, fertilitzants i tractament d'aigua: s'utilitzen com a traçadors en aplicacions mèdiques, fertilitzants i en el tractament de l'aigua.
- Agricultura: s'han utilitzat a l'agricultura per augmentar el creixement de les plantes, la productivitat i la resistència a l'estrès aparentment sense efectes negatius per al consum humà i animal. A més, els elements de terres rares són additius per a l'alimentació del bestiar, cosa que ha resultat en una major producció, com a animals més grans i una major producció d'ous i productes lactis.
- Més: els usos són molt extensos, per exemple, es poden utilitzar també per a datació de fòssils, ja que les concentracions de terres rares en roques només canvien lentament per processos geoquímics, i això ho fa útils per a la datació. Altres exemples són:
- Escandi es fa servir per fabricar llums d'alta intensitat i com a agent de rastreig per a les refineries de petroli.
- Itri es pot afegir a multitud d'aliatges metàl·lics per millorar les seves propietats.
- Lantano s'usa com a catalitzador de craqueig de petroli i com a additiu per fabricar ferro colat nodular.
- Cerio es pot emprar en diverses indústries, des de catalitzadors per reduir la contaminació, fins a fuites de vehicles, per a productes de neteja i pigments.
- Praseodimi es pot aliar amb altres metalls per crear imants per a dispositius electrònics, encara que també com a catalitzador.
- Neodimi és molt utilitzat per fabricar imants molt potents, amb aplicacions com a la indústria dels motors elèctrics, encara que també s'empra per a càmeres fotogràfiques, òptica amb làsers, etc.
- Prometio és emprat per mesuradors de gruix com a font beta, també com a bateria de compulsió, es pot convertir en una font de raigs X portàtils, etc.
- Samari també es fa servir per a fabricació d'imants permanents d'alta potència, per a lents especials, i materials absorbents de neutrons per a reactors nuclears.
- Europi el metall més reactiu de les terres rares, i no és freqüent en aplicacions pràctiques.
- Gadolini es fa servir en medicina, per a imatges de ressonància magnètica, així com en microones, televisors a color, amplificadors, i sistemes d'àudio professional.
- Terbio es fa servir per adulterar certs components, per elaborar dispositius electrònics, etc.
- Disprosio és emprat en aliatges d'imants a base de neodimi per fer-ho més resistent a la desmagnetització a altes temperatures. També es fa servir en làmpades de descàrrega d'halur.
- Holmi per a dispositius electrònics, pantalles de plasma, llums de mercuri, etc.
- Herbio emprat per a aliatges, amplificadors electrònics, làsers, etc.
- Tuli s'empra per a unitats de raigs X, làsers d'alt abast, materials ceràmic-magnètics, etc.
- Iterbi, comú a la indústria de la metal·lúrgia per a aliatges amb ferro i acer, catalitzadors, làsers, i fibra òptica. També en medicina nuclear per tractar certes malalties i la radioteràpia.
- Luteci, usat com a catalitzador en el craqueig d'hidrocarburs a la indústria petroquímica, teràpia contra el càncer, etc.
Com veus, fonamentals per a la indústria de l'electrònica, especialment per fabricar condensadors ceràmics que els trobaràs a multitud de PCBs…