Carlos del Porto Blanco.
Hoy están en los titulares de muchos medios de prensa, se habla mucho de ellas y se encuentran en el centro de varios eventos económicos y geoestratégicos. Estos elementos son vitales para las sociedades actuales, ya que se utilizan en una amplia gama de productos, incluidos componentes de reactores nucleares, dispositivos móviles, imanes, lentes de cámara, baterías, y otros. Ahora bien, las Tierras Taras ni son tierras ni son raras. Son elementos químicos, como sabe cualquier niño que alguna vez haya mirado la tabla periódica, esa cosa que se cuelga en algunos laboratorios de química junto el cartel de no tiren tizas al profesor. Pero, entonces ¿Qué son las Tierras Raras? De eso hablaremos en esta columna.
Vi en un sueño una mesa donde todos los elementos encajaban según lo requerido. Al despertar, inmediatamente lo escribí en una hoja de papel. Dmitri Mendeléyev.
Las tierras raras son un grupo de 17 elementos químicos que incluyen el escandio, el itrio y los 15 lantánidos, del lantano al lutecio: (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio). El término «lantánido» proviene del griego lanthanein, que significa «escondido», porque esos elementos son difíciles de aislar y se encuentran dispersos en la corteza terrestre en concentraciones extremadamente bajas. Aunque el nombre de “Tierras Raras” podría llevar a la conclusión de que se trata de elementos escasos en la corteza terrestre, algunos de ellos como el cerio, el itrio y el neodimio son más abundantes. Se las califica de «raras» debido a que es muy poco común encontrarlos en una forma pura, aunque hay depósitos de algunos de ellos en todo el mundo. El costo de los diferentes óxidos de esos elementos se relaciona con su escasez y en la dificultad de separación, por ejemplo, el terbio y el lutecio poseen un precio elevado y una reducida producción.
A lo largo de la historia, la cantidad de elementos químicos utilizados por el ser humano ha crecido de manera exponencial: en el siglo XVIII, se dependía principalmente de tres elementos: carbono, calcio y hierro. A mediados del siglo XIX, esa cifra aumentó a ocho. En 1900, con la industrialización, ya se usaban al menos 20 elementos de la tabla periódica. Hoy en día, un solo teléfono móvil o una computadora requiere al menos 75 elementos químicos extraídos de más de 12 minerales diferentes.
Generalmente se clasifican en elementos de Tierras Raras Ligeras (LREE) y en elementos de Tierras Raras Pesadas (HREE); esos últimos se encuentran en concentraciones relativamente más bajas en la corteza terrestre. Debido a sus similitudes químicas, la extracción de elementos de Tierras Raras (REE) es un proceso técnicamente complicado, que requiere un procesamiento intenso. El término “tierra” no es más que una forma arcaica de referirse a algo que se puede disolver en ácido, o, dicho de otro modo, es una denominación antigua de los óxidos. Los Elementos de Tierras Raras Ligeras son: Lantano, Cerio, Praseodimio, Neodimio, Prometio y Samario. Y los Elementos de Tierras Raras Pesadas son: Europio, Disprosio, Terbio, Erbio, Holmio, Lutecio, Iterbio, Tulio, Gadolinio e Itrio.
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 del oro. Sin embargo, esos 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 cerio, itrio, lantano y neodimio. Tienen abundancias en la corteza promedio que son similares a los metales industriales comúnmente utilizados, como el cromo, el níquel, el zinc, el molibdeno, el estaño, el tungsteno y el plomo. Igualmente, aunque esos elementos sean más abundantes, rara vez se encuentran en concentraciones extraíbles.
El prometio es el único elemento de las Tierras Raras que merece la calificación de raro. En toda la corteza terrestre es tan escaso que no llega a sumar un kilogramo; es radiactivo y se desintegra completamente en unos pocos años. Es necesario para unas pocas aplicaciones; se obtiene artificialmente en reactores nucleares, ya que es uno de los elementos resultantes de la fisión del uranio.
Para entender su escasez, se puede analizar su concentración. Por ejemplo, elementos como el silicio están presentes en 277 200 partes por millón (ppm) o gramos por tonelada, mientras que el lantano (La), que es un elemento de las tierras raras, tiene solo 30 ppm. En términos simples, si se toma una tonelada de roca, en promedio sólo se encontrará entre 100 y 150 gramos de Tierras Raras en total, una cantidad insignificante comparada con otros elementos más abundantes. Es como si comparará una lata de sardinas, que pesa 80 o 100 gramos, con una tonelada, que son mil kilogramos. De ahí el nombre de «Tierras Raras»: son elementos químicos presentes en proporciones muy bajas en la corteza terrestre y difíciles de extraer en concentraciones económicamente viables.
Sin embargo, en ciertos lugares del planeta, los procesos geológicos han generado concentraciones mucho más altas, creando yacimientos minerales explotables. Por ejemplo, la mina de Bayan Obo en China contiene entre 30 y 60 kilogramos de Tierras Raras por tonelada de roca, lo que representa hasta 600 veces más que su concentración promedio en la Tierra. Eso explica el interés global en encontrar yacimientos donde esos elementos sean lo suficientemente abundantes para su extracción industrial
De los 83 elementos naturales, los 16 elementos de Tierras Raras se encuentran en el percentil 50 de las abundancias elementales. El prometio, que es radiactivo y su isótopo más estable tiene una vida media de 17.7 años, no se considera de origen natural, aunque se han encontrado trazas en algunos minerales radiactivos. El cerio, el más abundante, ocupa el puesto 28, y el tulio, el menos abundante, el 63. En conjunto, las tierras raras ocupan el puesto 22 en abundancia (en el percentil 68). Los elementos de tierras raras no lantánidos, el itrio y el escandio, ocupan los puestos 29 y 44, respectivamente, en cuanto a abundancia.
Historia
En 1787 se inició el descubrimiento de las Tierras Raras por parte del teniente de artillería Carl Axel Arrhenius, quien encontró un extraño mineral negro en la villa de Ytterby ubicada a unos 30 kilómetros de Estocolmo, Suecia. La coloración del extraño mineral y su alta densidad hizo sospechar a Arrheniu la posibilidad de haber descubierto un nuevo mineral y sin conocer su composición se la llevó y la llamó “piedra pesada de Ytterby”.
Carl Axel Arrhenius
En 1792 se envió una muestra del mineral a Johan Gadolin, un químico finlandés con fama de ser un excelente analista. Éste encontró en la piedra óxidos de silicio, aluminio y hierro, y además una porción importante de un óxido refractario de un elemento todavía desconocido. En realidad, la fórmula idealizada de ese mineral que posteriormente se llamó Gadolinita es Be2FeY2Si2O10 y como se sabe actualmente el berilio comparte propiedades con el aluminio y por esa razón, Gadolin pensó que el mineral contenía aluminio.
Dos años después, Gadolin publicó sus resultados en los Proceedings de la Academia de Ciencias de Suecia. Esos resultados fueron confirmados tiempo después por dos grandes químicos, L.N. Vauquelin y M.H. Klaproth, los que sugirieron el nombre definitivo del mineral, Gadolinita y del mismo modo sugirieron el nombre del óxido del nuevo elemento que se utilizó bajo el nombre de yttria, por su origen geográfico, que finalmente derivo en el nombre actual del elemento, itrio (Y).
En 1751 el barón Axel Fredrick Cronstedt, distinguido mineralogista y químico sueco, halló en un depósito minero un novedoso mineral al que llamó “piedra pesada de Bastnäs”. Ese mineral fue estudiado en 1803, por el joven Jöns Jacob Berzelius y Wilhelm Hisinger, los que descubrieron en él la presencia de un óxido desconocido. Denominaron ceria al óxido y cerio (Ce) al nuevo elemento, derivados del nombre del reciente planetoide descubierto Ceres (1801).
Esos dos óxidos itria y ceria eran muy similares, pues de ellos no podían extraerse los metales correspondientes a través de las técnicas de la época. En 1830 se produjo el aislamiento del cerio (Ce) por parte de Carl Mosander, pupilo de Berzelius. Para poder separar ese elemento utilizó vapores de potasio, Además de separar el cerio (Ce), descubrió otro óxido en pequeñas cantidades al cual denomino lantana, y al elemento que formaba el óxido se le llamó lantano (La). Otro óxido que se logró separar de la ceria fue la didimia y se pensaba que contenía el elemento didmio pero 44 años más tarde se demostró que contenía dos óxidos.
En 1844, Mosander trabajó con el mineral itria y se encontró que se trataba de un óxido bastante complejo, se descubrió que las muestras de itria natural, contenían además del propio óxido de itrio, otros óxidos entre los cuales estaba: el óxido de ceria, el óxido de lantana, el óxido de didmio y dos óxidos que se denominaron erbia (de color amarillo) y terbia (de color rosa). En 1860 esos nombres fueron intercambiados, llamándose terbia a erbia y viceversa.
En 1878, el químico sueco Jean de Marignac, obtuvo nitrato de erbio, aparentemente puro de la gadolinita y un nuevo óxido conocido como iterbia. Al siguiente año, Lars Nilson, separó otra tierra rara a partir de la iterbia, a la que llamó escandia (en honor a Escandinavia) que está formada por escandio (Sc). Ese mismo año, el sueco Per Cleve, logró aislar tres fracciones de la erbia, llamando a las dos nuevas holmia (por el nombre en latín de Estocolmo) y thulia (en honor al nombre antiguo de Escandinavia). Esos óxidos eran los correspondientes óxidos de holmio (Ho) y óxido de tulio (Tm). Tiempo después, el químico francés, Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, aplicando novedosas técnicas de espectroscopía, detectó un nuevo óxido en la didmia, al cual llamó samaria. De ese óxido se aisló el samario (Sm) (en honor a su descubridor el coronel ruso Vasili Samarski-Bykhovets.
En 1886, Paul Lecoq aisló de la inicial samaria un nuevo óxido al que llamó gadolinia en honor a Johan Gadolin y el elemento que compone este óxido se llama gadolinio (Gd). Y el mismo año, Lecoq aisló otra tierra de la holmia y la llamo diprosia, que era el óxido de disprosio (Dy). En 1885, el austriaco Karl von Welsbach, logró separar de la didimia otros dos óxidos; praseodimia (didimia verde en griego) y neodimia (nueva didimia en griego); de ellas se identificó el praseodimio (Pr) y neodimio (Nd).
En 1901, Eugène Demarçay aisló al europio de sales de samario (supuestamente puro) y lo nombró así en honor al continente europeo. En 1907, Georges Urbain aisló al lutecio (Lu) (nombrado así por su lugar de nacimiento, París escrito en latín) de la iterbia. El prometio (Pm) se aisló analizando subproductos de la fisión del uranio generados en un reactor nuclear situado en Tennessee (Estados Unidos) y su nombre se da en honor al dios de la mitología griega que dio fuego al hombre. Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin y Charles D. Coryell, probaron su existencia en 1944, pero reivindicaron su descubrimiento hasta 1947, después de la Segunda Guerra Mundial.
En la década de 1920, la búsqueda del elemento 61 fue intensa. En 1926, grupos de científicos de la Universidad de Florencia, Italia, y de la Universidad de Illinois, Estados Unidos, afirmaron haber descubierto el elemento 61 y lo denominaron florentium e illinium, respectivamente, pero sus afirmaciones no pudieron verificarse de forma independiente. El furor de esas afirmaciones y contradeclaraciones finalmente se apaciguó en 1930. No fue hasta 1947, tras la fisión del uranio, que el elemento 61 fue definitivamente aislado y denominado prometio por científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge de la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos en Tennessee.
Durante la década de 1940, Frank Spedding y otros en los Estados Unidos (durante el Proyecto Manhattan) desarrollaron los procedimientos de intercambio de iones químicos para separar y purificar los elementos de tierras raras. Ese método se aplicó primero a los actínidos para separar el plutonio-239 y el neptunio del uranio, el torio, el actinio y los demás actínidos en los materiales producidos en los reactores nucleares. El plutonio-239 era muy deseable porque es un material fisionable.
Propiedades de las Tierras Raras
• Las tierras raras son metales plateados, blancos plateados o grises.
• Los metales tienen un alto brillo, pero se manchan fácilmente en el aire.
• Los metales tienen alta conductividad eléctrica.
• Las Tierras Raras comparten muchas características y propiedades comunes. Eso hace que sean difíciles de separar o incluso distinguir entre sí.
• Existen diferencias muy pequeñas en solubilidad y formación compleja entre las Tierras Raras.
• Los metales de Tierras Raras se manifiestan naturalmente juntos en minerales (por ejemplo, la monacita es un fosfato mixto de tierras raras).
• Las tierras raras se encuentran con no metales, generalmente en el estado de oxidación 3+. Hay poca tendencia a variar la valencia. (El europio también tiene una valencia de 2+ y el cerio también una valencia de 4+).
Usos principales
En el mercado de consumo no existe una clasificación uniforme para las aplicaciones de Tierras Raras y se suelen agrupar en nueve sectores: baterías, aditivo para vidrios, catalizadores (refinado del petróleo, vehículos), cerámica, imanes, metalurgia (aleaciones), pigmentos y luminiscentes (láser, iluminación, pantallas LCD), pulido y otros. La mitad de la producción se utiliza en imanes y catálisis. En términos de valor económico, los imanes y luminiscentes generan las mayores ganancias. El consumo de elementos de las tierras raras está dominado por el neodimio (49 %) y praseodimio (20 %), que forman parte principal de los imanes, seguido por el lantano (6 %), cerio (4 %) y terbio (4 %); los demás están por debajo del 2 %.
Usos y aplicaciones de tierras raras
A nivel mundial, la mayoría de las Tierras Raras se utilizan para fabricar catalizadores e imanes. En los Estados Unidos más de la mitad de esos compuestos se utilizan para crear catalizadores, cerámicas, vidrios y el pulido. Otros usos importantes son la producción de imanes de alto rendimiento, aleaciones, vidrios y productos electrónicos. El cerio y el lantano son importantes como catalizadores, y se utilizan para el refinado de petróleo y como aditivos del diésel.
El neodimio es importante en la producción de imanes en tecnologías tradicionales y bajas en carbono. Los elementos de Tierras Raras en esta categoría se utilizan en los motores eléctricos de vehículos híbridos y eléctricos, generadores en turbinas eólicas, unidades de disco duro, dispositivos electrónicos portátiles, micrófonos, altavoces. El cerio, el lantano y el neodimio son importantes en la fabricación de aleaciones y en la producción de pilas de combustible y baterías de hidruro de níquel-metal.
El cerio, galio y neodimio son importantes en electrónica y se utilizan en la producción de pantallas LCD y de plasma, fibra óptica, láser, así como en imágenes médicas. Los usos adicionales de los elementos de Tierras Raras son como trazadores en aplicaciones médicas, fertilizantes y en el tratamiento del agua.
Las Tierras Raras se han utilizado en la agricultura para aumentar el crecimiento de las plantas, la productividad y la resistencia al estrés, aparentemente sin efectos negativos para el consumo humano y animal. Se utilizan en la agricultura a través de fertilizantes enriquecidos con ellas, que es una práctica ampliamente utilizada en China.
Además, se usan como aditivos a alimenticios para el ganado que han resultado en una mayor producción, como animales más grandes y una mayor producción de huevos y productos lácteos. Sin embargo, esa práctica ha provocado la bioacumulación de elementos de Tierras Raras dentro del ganado y ha impactado el crecimiento de vegetación y algas en esas áreas agrícolas. Aunque no se han observado efectos nocivos en las bajas concentraciones actuales, los efectos a largo plazo y la acumulación a lo largo son desconocidos, lo que provocó algunos llamados a investigar más sobre sus posibles efectos.
Otra aplicación, curiosa, por cierto, es en los billetes de euros para evitar falsificaciones (gracias al europio y tulio) o en productos deportivos como bicicletas y bates de béisbol (escandio).
Producción mundial de Tierras Raras
Hasta 1948, la mayoría de las Tierras Raras del mundo provenían de depósitos de arena de placer en la India y Brasil. Durante la década de 1950, Sudáfrica fue la fuente de Tierras Raras del mundo, gracias a un arrecife rico en monacita en la mina Steenkampskraal en la provincia de Western Cape. En el periodo de los años 60 hasta la década de 1980, la mina de Tierras Raras Mountain Pass en California convirtió a los Estados Unidos en el principal productor. Hoy en día, los depósitos indios y sudafricanos todavía producen algunos concentrados de Tierras Raras, pero la escala de producción china los empequeñece.
En 2017, China produjo el 81% del suministro mundial de Tierras Raras, principalmente en Mongolia Interior, aunque solo tenía el 36.7% de las reservas. Australia fue el segundo y único otro productor importante con el 15% de la producción mundial. Todas las Tierras Raras pesadas del mundo (como el disprosio) provienen de fuentes chinas de Tierras Raras como el depósito polimetálico Bayan Obo. La mina Browns Range, ubicada a 160 kilómetros al sureste de Halls Creek, en el norte de Australia Occidental, está actualmente en desarrollo y está posicionada para convertirse en el primer productor significativo de disprosio fuera de China.
Según el sitio web de estadísticas “statista”, el top 5 de países productores de elementos de tierras raras entre el 2018 y el 2019 estuvo formado por: China, Estados Unidos, Myanmar antigua (Birmania), Australia e India.
Ya sabe, la próxima vez que use su dispositivo móvil, vea un aerogenerador u un auto eléctrico, recuerde que son posibles, gracias a las Tierras Raras.
Referencias.
• Attanasio Angelo. José Mangas, geólogo, sobre las tierras raras en España: «Tenemos una larga tradición minera y una geología diversa, comparable a la de países como Ucrania». National Geographic. 2025 abril 1. https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/tierras-raras-jose-mangas-geologo-sobre-tierras-raras-espana-tenemos-larga-tradicion-minera-geologia-diversa-comparable-paises-como-ucrania_24409
• de Cabo. Almudena. Por qué las tierras raras son esenciales y cómo el hallazgo de un yacimiento en Suecia puede ayudar a Europa a cortar su dependencia de China. BBC. 2023 febrero 8. https://www.bbc.com/mundo/noticias-internacional-64554531
• Fonseca Sosa Claudia. El gran poder de unas tierras raras. Granma. 2024 mayo. https://www.granma.cu/mundo/2014-05-22/el-gran-poder-de-unas-tierras-raras
• ¿Qué son las tierras raras? Tierras raras. https://tierrasraras.org/que-son/
• Rare-earth element. Enciclopedia Británica. https://www.britannica.com/science/rare-earth-element
• Rowlatt Justin. El secreto poder de las tierras raras. BBC. 2014 https://www.bbc.com/mundo/noticias/2014/04/140329_minerales_tierras_raras_finde_jp
• Sampedro Javier. Tierras raras y personas preciosas. El País. 2025 febrero 15. https://elpais.com/opinion/2025-02-15/tierras-raras-y-personas-preciosas.html
• Tierras raras. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Tierras_raras