TIERRAS RARAS: Elementos esenciales en nuestro estilo de vida, sin ellos no tendríamos la tecnología que tenemos actualmente.

Por Erika Chávez, asistente técnico de laboratorio de Ingeniería Química.

Durante nuestros años de estudio solíamos memorizar los elementos de la tabla periódica como parte de nuestro aprendizaje. Ciertamente, aquellos que se encuentran hasta abajo en las dos últimas filas rara vez les tomábamos mayor importancia [1]. Parecían estar allí solo para hacernos complicadas nuestras lecciones. Sin embargo, en los últimos años han tomado mayor importancia cambiando así sustancialmente el mundo industrial. Prácticamente no hay rama de la ciencia y tecnología que no los emplee.

A diferencia de lo que su nombre nos indica estos metales son abundantes en la corteza terrestre. Su rareza se debe a que se encuentran en pequeñas cantidades mezclados con otros minerales lo que dificulta su separación; siendo así muy difícil ubicar yacimientos de utilidad comercial. Todo esto hace que el costo de estos elementos sea muy alto. [1], [3], [6].

Las tierras raras comprenden 15 elementos del grupo de los lantánidos además del escandio y el itrio [2]. Su principal característica es que tienen electrones en el nivel 4 y subnivel f los cuales están solapados por los electrones ubicados en los subniveles externos s y p.  Son estos electrones los que hacen a estos metales particulares por sus propiedades eléctricas, magnéticas, de luminiscencia o fluorescencia y fuerza. [1]

¿En qué se usan y para qué sirven los elementos de las tierras raras?

Los elementos de las tierras raras (REE) tienen múltiples aplicaciones dentro de ellas:

Convertidores catalíticos (Ce), imanes permanentes (Pr, Nd, Dy, Ho), baterías y pilas recargables (La, Ce, Nd), motores eléctricos, discos duros, bocinas, turbinas de viento, pantallas de televisión (Eu), sistemas de defensa militar (Y, Eu,Tb) [1], [3-5].

Otro ejemplo son los compuestos metálicos que forman, llamados complejos de coordinación, los cuales tienen aplicaciones como materiales luminiscentes, en láseres y equipos de resonancia magnética nuclear (NMR) y de imágenes de resonancia magnética (MRI) en medicina. [1]

“Las propiedades nucleares de las tierras raras han sido aprovechadas también para una gran variedad de aplicaciones. El europio y el disprosio se utilizan en cilindros de control para reactores nucleares; mientras que uno de los isótopos del itrio (Y-90) se utiliza en terapias para tratamiento contra el cáncer. Adicionalmente, el iterbio-169 y el gadolinio-153 se utilizan en equipos de rayos-X”. [1]

El gran reto del reciclaje de las tierras raras

China abastece aproximadamente el 90 % de las tierras raras del planeta. El 10 % restante lo proveen Estados Unidos y Australia. China es a su vez el principal consumidor, con el 60 % de la demanda mundial, seguida de Estados Unidos, con el 30 % [4]. Si bien en enero de este año se descubrió un importante yacimiento de óxidos de tierras raras en Suecia, el cual serviría para abastecer gran parte de la futura demanda de la UE, aún queda un largo camino para recorrer antes de que se pueda explotar. [5]

En el 2019 China produjo 132 000 toneladas/año de un total mundial de 213 000 toneladas año de tierras raras extraídas, 20 000 toneladas más que en 2018 [6]. Es por ello que una solución para no depender de la producción China, y para disminuir el impacto ambiental que produce la purificación de estos elementos, es que las compañías incrementen sus procesos de reciclado y de recuperación de materiales. [7]

Investigadores científicos de la Universidad Técnica de Múnich han identificado una docena de microorganismos que tienen la habilidad de sentirse atraídos por las tierras raras. Esto se da mediante el proceso de bioadsorción, en el cual la biomasa de cianobacterias (Synechococcus elongatus, Calothrix brevissima, Desmonostoc muscorum, entre otras cepas)  al tener una alta proporción de azúcar con cargas negativas atrae a iones metálicos cargados positivamente que luego se unen a la biomasa; es decir, los metales se unen a la superficie celular de ellas. [8]

Los investigadores obtuvieron resultados preliminares prometedores. Ellos tienen como proyecto posterior realizar nuevos experimentos a mayor escala con el fin de mejorar la aplicación industrial.

Referencias:

- Tecnológico de Monterey, “TEC: Los de abajo: Lo importante de las tierras raras”, [2020]. [En línea]. Disponible en: https://transferencia.tec.mx/2020/03/19/los-de-abajo-lo-importante-de-la.... [Accedido el: 8 -abril -2023]

- J. Kang and A. M. Kang, “Trend of the research on rare earth elements in environmental science,” Environ. Sci. Pollut. Res. Int., vol. 27, pp. 14318–14321, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/s11356-020-08138-z . [Accesed: Apr. 07, 2023]

- G. Ferreira, J. Critelli, “China’s Global Monopoly on Rare-Earth Elements,” The US Army War College Quarterly: Parameters, Vol. 52, no. 1, art. 6, 2022. doi:10.55540/0031-1723.3129.

- A. Rios, “Exploración por Tierras Raras en el Perú”, Boletín de la SGP, vol. 109, pp. 145-149, 2014. Disponible en: https://app.ingemmet.gob.pe/biblioteca/pdf/BSGP-109-145.pdf . [Accedido: 9 -abril-2023]

- BBC News Mundo, “BBC: 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”, [2023]. [En línea]. Disponible en: https://www.bbc.com/mundo/noticias-internacional-64554531 [Accedido: 9 -abril-2023]

- R. Prego, “Las tierras raras, una pieza clave en el puzle de la energía (reedición)”, Energía y Geoestrategia 2021, cap. 5to, pp. 309-373, 2021. Disponible en: https://www.ieee.es/Galerias/fichero/cuadernos/Energia_y_Geoestrategia_2... . [Accedido: 12 -abril-2023]

- El País, “Doce bacterias de todo el mundo, reunidas para extraer tierras raras de las cloacas industriales”, [2023]. [En línea]. Disponible en: https://elpais.com/ciencia/2023-02-28/doce-bacterias-de-todo-el-mundo-re... [Accedido: 8 -abril-2023]

- M. Paper et al., “Rare earths stick to rare cyanobacteria: Future potential for bioremediation and recovery of rare earth elements”, Front. Bioeng. Biotechnol, vol. 11, 2023. [Online]. Available: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2023.1130939/full. [Accesed: Apr. 06, 2023]