Rieles

REE - Elementos de tierras raras y sus usos



La demanda de elementos de tierras raras ha crecido rápidamente, pero su presencia en depósitos mineros es limitada.


Producción de elementos de tierras raras: Este gráfico muestra una historia de producción de elementos de tierras raras, en toneladas métricas de equivalente de óxido de tierras raras, entre 1950 y 2017. Muestra claramente la entrada de los Estados Unidos en el mercado a mediados de la década de 1960 cuando la televisión en color explotó la demanda. Cuando China comenzó a vender tierras raras a precios muy bajos a fines de los años ochenta y principios de los noventa, las minas en los Estados Unidos se vieron obligadas a cerrar porque ya no podían obtener ganancias. Cuando China recortó las exportaciones en 2010, los precios de las tierras raras se dispararon. Eso motivó una nueva producción en los Estados Unidos, Australia, Rusia, Tailandia, Malasia y otros países. En 2016, la producción de tierras raras en los Estados Unidos se detuvo ya que la única mina restante se puso bajo cuidado y mantenimiento.

Tabla periódica REE: Los elementos de tierras raras son los 15 elementos de la serie de lantánidos, más itrio. El escandio se encuentra en la mayoría de los depósitos de elementos de tierras raras y a veces se clasifica como un elemento de tierras raras. Imagen por.

¿Qué son los elementos de tierras raras (REE)?

Los elementos de tierras raras son un grupo de diecisiete elementos químicos que ocurren juntos en la tabla periódica (ver imagen). El grupo consta de itrio y los 15 elementos lantánidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio). El escandio se encuentra en la mayoría de los depósitos de elementos de tierras raras y a veces se clasifica como un elemento de tierras raras. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada incluye el escandio en su definición de elementos de tierras raras.

Los elementos de tierras raras son todos metales, y el grupo a menudo se conoce como los "metales de tierras raras". Estos metales tienen muchas propiedades similares, y eso a menudo hace que se encuentren juntos en depósitos geológicos. También se les conoce como "óxidos de tierras raras" porque muchos de ellos se venden típicamente como compuestos de óxido.

Usos de elementos de tierras raras: Este cuadro muestra el uso de elementos de tierras raras en los Estados Unidos durante 2017. Muchos vehículos usan catalizadores de tierras raras en sus sistemas de escape para el control de la contaminación del aire. Una gran cantidad de aleaciones se hacen más duraderas mediante la adición de metales de tierras raras. El vidrio, el granito, el mármol y las piedras preciosas a menudo se pulen con polvo de óxido de cerio. Muchos motores y generadores contienen imanes hechos con elementos de tierras raras. Los fósforos utilizados en pantallas digitales, monitores y televisores se crean con óxidos de tierras raras. La mayoría de las baterías de computadoras, teléfonos celulares y vehículos eléctricos están hechas con metales de tierras raras.

Usos de elementos de tierras raras

Los metales y las aleaciones de tierras raras que los contienen se usan en muchos dispositivos que las personas usan todos los días, como memoria de computadora, DVD, baterías recargables, teléfonos celulares, convertidores catalíticos, imanes, iluminación fluorescente y mucho más.

Durante los últimos veinte años, ha habido una explosión en la demanda de muchos artículos que requieren metales de tierras raras. Hace veinte años había muy pocos teléfonos celulares en uso, pero el número ha aumentado a más de 7 mil millones en uso hoy. El uso de elementos de tierras raras en las computadoras ha crecido casi tan rápido como los teléfonos celulares.

Muchas baterías recargables están hechas con compuestos de tierras raras. La demanda de baterías está impulsada por la demanda de dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos celulares, lectores, computadoras portátiles y cámaras.

Uso de Estados Unidos de elementos de tierras raras

Catalizadores Quimicos55%
Cerámica y fabricación de vidrio15%
Metalurgia y Aleaciones10%
Pulido de vidrio5%
Otro15%
(Datos de 2017 de USGS)

Varias libras de compuestos de tierras raras se encuentran en baterías que alimentan cada vehículo eléctrico y vehículo híbrido-eléctrico. A medida que las preocupaciones por la independencia energética, el cambio climático y otros problemas impulsan la venta de vehículos eléctricos e híbridos, la demanda de baterías fabricadas con compuestos de tierras raras aumentará aún más rápido.

Las tierras raras se usan como catalizadores, fósforos y compuestos de pulido. Estos se utilizan para el control de la contaminación del aire, pantallas iluminadas en dispositivos electrónicos y el pulido de vidrio de calidad óptica. Se espera que todos estos productos experimenten una demanda creciente.

Otras sustancias pueden ser sustituidas por elementos de tierras raras en sus usos más importantes; sin embargo, estos sustitutos suelen ser menos efectivos y costosos.

Desde la década de 1950 hasta principios de la década de 2000, el óxido de cerio fue un esmalte lapidario muy popular. Era económico y muy efectivo. Los recientes aumentos de precios casi han eliminado el uso de óxido de cerio en la caída de rocas y las artes lapidarios. Otros tipos de esmalte, como el aluminio y el óxido de titanio, ahora se utilizan en su lugar.

Usos de defensa de elementos de tierras raras

Lantanolentes de visión nocturna
Neodimiotelémetros láser, sistemas de guía, comunicaciones
Europiofluorescentes y fósforos en lámparas y monitores
Erbioamplificadores en transmisión de datos de fibra óptica
Samarioimanes permanentes que son estables a altas temperaturas
Samarioarmas guiadas de precisión
SamarioProducción de "ruido blanco" en tecnología sigilosa

Usos críticos de defensa

Los elementos de tierras raras juegan un papel esencial en nuestra defensa nacional. El ejército usa gafas de visión nocturna, armas guiadas con precisión, equipo de comunicaciones, equipo de GPS, baterías y otros dispositivos electrónicos de defensa. Estos le dan al ejército de los Estados Unidos una enorme ventaja. Los metales de tierras raras son ingredientes clave para fabricar aleaciones muy duras utilizadas en vehículos blindados y proyectiles que se rompen con el impacto.

Los sustitutos se pueden usar para elementos de tierras raras en algunas aplicaciones de defensa; sin embargo, esos sustitutos generalmente no son tan efectivos y eso disminuye la superioridad militar. Varios usos de elementos de tierras raras se resumen en la tabla 5 adjunta.

¿Sabías? La mayor parte del escandio utilizado en los Estados Unidos se destina a bates de béisbol de aleación de aluminio y otros equipos deportivos 3. El escandio también se utiliza en semiconductores e iluminación especializada.

¿Son estos elementos realmente "raros"?

Los elementos de tierras raras no son tan "raros" como su nombre lo indica. El tulio y el lutecio son los dos elementos de tierras raras menos abundantes, pero cada uno tiene una abundancia cortical promedio que es casi 200 veces mayor que la abundancia cortical de oro 1. Sin embargo, estos metales son muy difíciles de extraer porque es inusual encontrarlos. en concentraciones suficientemente altas para una extracción económica.

Los elementos de tierras raras más abundantes son el cerio, el itrio, el lantano y el neodimio 2. Tienen abundancias en la corteza promedio que son similares a los metales industriales comúnmente utilizados como el cromo, níquel, zinc, molibdeno, estaño, tungsteno y plomo 1. Nuevamente, ellos rara vez se encuentran en concentraciones extraíbles.

¿Sabías? Los imanes de tierras raras se utilizan en turbinas eólicas. Algunas turbinas grandes requieren dos toneladas de imanes de tierras raras. Estos imanes son muy fuertes y hacen que las turbinas sean altamente eficientes. Los imanes de tierras raras se utilizan en turbinas y generadores en muchas aplicaciones de energía alternativa.

¿Sabías? Los precios y la demanda de materiales de tierras raras han aumentado dramáticamente en la última década. China produce alrededor del 90% del suministro. Los depósitos en Australia y los Estados Unidos están volviendo a funcionar, y la exploración en muchas áreas nuevas está progresando.

Elementos pesados ​​y ligeros de tierras raras: Los elementos de tierras raras a menudo se subdividen en "Tierras raras pesadas" y "Tierras raras ligeras". El lantano, el cerio, el praseodimio, el neodimio, el prometio y el samario son las "tierras raras ligeras". El itrio, el europio, el gadolinio, el terbio, el disprosio, el holmio, el erbio, el tulio, el iterbio y el lutecio son las "tierras raras pesadas". Aunque el itrio es más ligero que los elementos ligeros de tierras raras, está incluido en el grupo de tierras raras pesadas debido a sus asociaciones químicas y físicas con las tierras raras pesadas en depósitos naturales.

¿Sabías? Todos los vehículos híbridos eléctricos y eléctricos tienen una batería grande. Cada batería está hecha con varias libras de compuestos de tierras raras. Se espera que el uso de vehículos eléctricos aumente rápidamente, impulsado por la independencia energética, el cambio climático y otras preocupaciones. Esto aumentará la demanda de materiales de tierras raras.

¿Sabías? Se utilizan pequeñas cantidades de metales de tierras raras en la mayoría de los dispositivos electrónicos pequeños. Estos dispositivos tienen una vida útil corta, y el reciclaje REE se realiza con poca frecuencia. Miles de millones se tiran cada año.

Producción y reservas mineras mundiales(Estimaciones 2017)

PaísProducción
(Toneladas métricas)
Reservas
(Toneladas métricas)
Estados Unidos--1,400,000
Australia20,0003,400,000
Brasil2,00022,000,000
Canadá--830,000
China105,00044,000,000
Tierra Verde--1,500,000
India1,5006,900,000
Malawi--140,000
Malasia30030,000
Rusia3,00018,000,000
Sudáfrica--860,000
Tailandia1,600no disponible
Vietnam10022,000,000
Total mundial (redondeado)130,000120,000,000

Historia de la producción y el comercio de tierras raras

Pre-1965

Antes de 1965 había relativamente poca demanda de elementos de tierras raras. En ese momento, la mayor parte del suministro mundial se producía a partir de depósitos de placer en India y Brasil. En la década de 1950, Sudáfrica se convirtió en el principal productor de depósitos de monazita de tierras raras. En ese momento, la mina Mountain Pass en California estaba produciendo pequeñas cantidades de óxidos de tierras raras a partir de una carbonatita precámbrica.

La televisión en color enciende la demanda

La demanda de elementos de tierras raras vio su primera explosión a mediados de la década de 1960, cuando los primeros televisores en color ingresaron al mercado. El europio fue el material esencial para producir las imágenes en color. La mina Mountain Pass comenzó a producir europio a partir de bastnasita, que contenía aproximadamente 0.1% de europio. Este esfuerzo convirtió a la mina Mountain Pass en el mayor productor de tierras raras del mundo y colocó a los Estados Unidos como el principal productor.

China entra al mercado

China comenzó a producir cantidades notables de óxidos de tierras raras a principios de la década de 1980 y se convirtió en el principal productor mundial a principios de la década de 1990. Durante la década de 1990 y principios de la década de 2000, China fortaleció constantemente su participación en el mercado mundial de óxidos de tierras raras. Vendían tierras raras a precios tan bajos que la mina Mountain Pass y muchas otras en todo el mundo no pudieron competir y dejaron de funcionar.

Defensa y demanda de electrónica de consumo

Al mismo tiempo, la demanda mundial se disparó a medida que los metales de tierras raras se diseñaron en una amplia variedad de productos de defensa, aviación, industriales y electrónicos de consumo. China capitalizó su posición dominante y comenzó a restringir las exportaciones y permitir que los precios de los óxidos de tierras raras subieran a niveles históricos.

China como el mayor consumidor de tierras raras

Además de ser el mayor productor mundial de materiales de tierras raras, China también es el consumidor dominante. Utilizan tierras raras principalmente en la fabricación de productos electrónicos para los mercados nacionales y de exportación. Japón y Estados Unidos son el segundo y tercer consumidor más grande de materiales de tierras raras. Es posible que la renuencia de China a vender tierras raras sea una defensa de su sector manufacturero de valor agregado.

Ápice de dominio de la producción de China?

El dominio chino puede haber alcanzado su punto máximo en 2010 cuando controlaban aproximadamente el 95% de la producción mundial de tierras raras, y los precios de muchos óxidos de tierras raras habían aumentado más del 500% en solo unos pocos años. Eso fue un despertar para los consumidores y mineros de tierras raras en todo el mundo. Las compañías mineras en los Estados Unidos, Australia, Canadá y otros países comenzaron a reevaluar las viejas perspectivas de tierras raras y explorar otras nuevas.

Los altos precios también hicieron que los fabricantes hicieran tres cosas: 1) buscar formas de reducir la cantidad de elementos de tierras raras necesarias para producir cada uno de sus productos; 2) buscar materiales alternativos para usar en lugar de elementos de tierras raras; y 3) desarrollar productos alternativos que no requieran elementos de tierras raras.

Este esfuerzo ha resultado en una disminución en las cantidades de materiales de tierras raras utilizadas en algunos tipos de imanes y un cambio de productos de iluminación de tierras raras a tecnología de diodos emisores de luz. En los Estados Unidos, el consumo promedio de tierras raras por unidad de producto manufacturado ha disminuido, pero la demanda de más productos fabricados con elementos de tierras raras ha aumentado. El resultado ha sido un mayor consumo.

China compra recursos fuera de China

Las compañías chinas han estado comprando recursos de tierras raras en otros países. En 2009, la Compañía Minera de Metales No Ferrosos de China compró una participación mayoritaria en Lynas Corporation, una compañía australiana que tiene una de las mayores salidas de elementos de tierras raras fuera de China. También compraron la mina Baluba en Zambia.

Producción de tierras raras fuera de China

Las minas en Australia comenzaron a producir óxidos de tierras raras en 2011. En 2012 y 2013 suministraron alrededor del 2% al 3% de la producción mundial. En 2012, la mina Mountain Pass volvió a la producción, y Estados Unidos produjo alrededor del 4% de los elementos de tierras raras del mundo en 2013. La producción en Brasil, Malasia, Rusia, Tailandia y Vietnam continuó o aumentó.

Las nuevas evaluaciones de recursos minerales realizadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos identificaron recursos significativos fuera de China. Aunque China es el líder mundial en producción de tierras raras, solo controlan alrededor del 36% de las reservas mundiales. Esto brinda una oportunidad para que otros países se conviertan en productores importantes ahora que China no está vendiendo materiales de tierras raras por debajo del costo de producción.

Tabla de producción REE: Este gráfico muestra el dominio de China en la producción de elementos de tierras raras entre 1994 y 2017. Estados Unidos fue un productor importante durante la década de 1990, pero los materiales de bajo precio vendidos por China forzaron a las minas en los Estados Unidos y otros países fuera de operación. A medida que China limitó las exportaciones, y los precios aumentaron rápidamente en 2009 y 2010, las minas en Australia y Estados Unidos se activaron nuevamente. Graficar usando datos del Servicio Geológico de Estados Unidos.

Peligros de un productor mundial dominante

La oferta y la demanda normalmente determinan el precio de mercado de una mercancía. A medida que los suministros se reducen, los precios suben. A medida que los precios suben, quienes controlan la oferta se ven tentados a vender. Las compañías mineras ven los altos precios como una oportunidad e intentan desarrollar nuevas fuentes de suministro.

Con elementos de tierras raras, el tiempo entre la decisión de una empresa minera de adquirir una propiedad y el inicio de la producción puede ser de varios años o más. No hay una forma rápida de abrir una nueva propiedad minera.

Si un solo país controla casi toda la producción y toma la firme decisión de no exportar, entonces el suministro completo de un producto puede cortarse rápidamente. Esa es una situación peligrosa cuando las nuevas fuentes de suministro tardan tanto en desarrollarse.

En 2010, China restringió significativamente sus exportaciones de tierras raras. Eso se hizo para asegurar un suministro de tierras raras para la fabricación nacional y por razones medioambientales. Este cambio por parte de China provocó la compra del pánico, y algunos precios de las tierras raras se dispararon exponencialmente. Además, Japón, Estados Unidos y la Unión Europea se quejaron ante la Organización Mundial del Comercio sobre las políticas restrictivas de comercio de tierras raras de China.

Óxidos de tierras raras: Estos óxidos de tierras raras se usan como trazadores para determinar qué partes de una cuenca se están erosionando 4. En sentido horario desde el centro superior: praseodimio, cerio, lantano, neodimio, samario y gadolinio. Imagen de Peggy Greb, galería de imágenes del USDA.

Recursos minerales mundiales de tierras raras

"Las tierras raras son relativamente abundantes en la corteza terrestre, pero las concentraciones minables descubiertas son menos comunes que para la mayoría de los otros minerales. Los recursos de EE. UU. Y del mundo están contenidos principalmente en bastnäsita y monazita. Los depósitos de bastnäsita en China y Estados Unidos constituyen el mayor porcentaje del los recursos económicos mundiales de tierras raras, mientras que los depósitos de monazita en Australia, Brasil, China, India, Malasia, Sudáfrica, Sri Lanka, Tailandia y los Estados Unidos constituyen el segundo segmento más grande.

La apatita, la queralita, el eudialyte, la loparita, las fosforitas, las arcillas que contienen tierras raras (adsorción de iones), la monazita secundaria, las soluciones de uranio gastado y el xenotima constituyen la mayoría de los recursos restantes. Se cree que los recursos no descubiertos son muy grandes en relación con la demanda esperada ". Citado del Resumen 2 de Productos Minerales del Servicio Geológico de los Estados Unidos.

Referencias de elementos de tierras raras
1 Elementos de tierras raras: recursos críticos para la alta tecnología: United States Geological Survey, hoja informativa 087-02.
2 Tierras extrañas: Joseph Gambogi, United States Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2017.
3 Tierras extrañas: Joseph Gambogi, Servicio Geológico de Estados Unidos, Minerals Yearbook 2011.
4 Un enfoque de tierras raras para rastrear la erosión del suelo: Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Servicio de Investigación Agrícola.
5 As de China en el hoyo: elementos de tierras raras: Cindy A. Hurst, Prensa de la Universidad de Defensa Nacional.
6 La geología de los elementos de tierras raras: Republicación de "Los principales depósitos de elementos de tierras raras de los Estados Unidos: un resumen de los depósitos nacionales y una perspectiva global."
7 Elementos de tierras raras y seguridad nacional: Informe de Energía del Consejo de Relaciones Exteriores, 2014.

Perspectiva de elementos de tierras raras

Se espera que la demanda global de automóviles, electrónica de consumo, iluminación de bajo consumo y catalizadores aumente rápidamente durante la próxima década. Se espera que aumente la demanda de imanes de tierras raras, al igual que la demanda de baterías recargables. Se espera que los nuevos desarrollos en tecnología médica aumenten el uso de láseres quirúrgicos, resonancia magnética y detectores de centelleo por tomografía por emisión de positrones.

Los elementos de tierras raras se usan mucho en todas estas industrias, por lo que la demanda de ellos debería seguir siendo alta.

Ver el vídeo: Qué son las tierras raras? (Noviembre 2020).