Tierras raras: aleaciones estratégicas para las energías sostenibles del tercer milenio

03-02-2015



Por el doctor Lorenzo Martínez Gómez, Instituto de Ciencias Físicas, UNAM.

Con el entusiasta impulso de la Comisión de Ciencia y Tecnología de la Cámara de Diputados federal lanzo una iniciativa estratégica para impulsar la búsqueda de tierras raras en México, y se concretó en un apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología al Campus Morelos de la UNAM para liderar un consorcio de investigación junto con la Universidad Autónoma del Estado de Morelos y empresas vinculadas al Parque Científico y Tecnológico del Estado de Morelos PCYTEM.

Hace 300 millones de años los continentes de la tierra estaban concentrados en un supercontinente llamado Pangea. Antes que Pangea existieron también continentes separados y mucho antes, hace mil millones de años esos continentes estuvieron juntos en el supercontinente llamado Rodinia.

La UNAM ha desarrollado importantes contribuciones científicas que sostienen que desde la Rodinia ocurrió la formación de la zona geológica llamada Oaxaquia.

Oaxaquia hoy ocupa desde el centro sur de México, específicamente Oaxaca que se despliega hacia el norte por el centro de México, hasta Tamaulipas y Coahuila doblándose al poniente hacia Durango, Sinaloa y Sonora. Oaxaquia tiene la particular característica de contener rocas del grupo de las pegmatitas que contienen elementos químicos conocidos como tierras raras.

Las tierras raras son metales que ocupan la parte baja de la tabla periódica de los elementos e incluyen el lantano, neodimio, praseodimio, europio, gadolinio, samario, lutecio, terbio, iterbio, etcétera.

Las tierras raras tienen propiedades eléctricas y magnéticas excepcionales que son ahora de muy alto valor estratégico internacional porque representan la columna vertebral de la sustentabilidad energética del futuro.

Las tierras raras tienen aplicaciones en generadores eólicos, automóviles modernos, teléfonos celulares, equipos de comunicación y superconductores. Típicamente un generador eléctrico eólico grande requiere varias toneladas de material magnético hecho con aleaciones de tierras raras como el neodimio o el praseodimio.

Miles de toneladas de aleaciones magnéticas de tierras raras son requeridas para la industria automotriz actual, y con mayor medida en los vehículos eléctricos e híbridos. Millones de celulares vibran y suenan gracias a la acción de diminutos magnetos de tierras raras.

El crecimiento mundial de las energías sustentables, la informática y las comunicaciones han creado una muy alta demanda de minerales de tierras raras debido a las políticas de fomento energético limpio de muchos países. Los precios de las tierras raras en los años recientes han tenido incrementos entre 200% y 600% según la escasez de cada mineral. China se ha consolidado como el primer productor de minerales y aleaciones de tierras raras del mundo hasta alcanzar cerca del 97% de la producción mundial. Los precios de las tierras taras oscilan entre cincuenta mil y 5 millones de dólares la tonelada de concentrados óxidos colocando a las tierras raras entre los materiales más caros de la industria minera.

La preocupación por la altísima concentración de la producción de aleaciones de tierras raras en un solo país ha galvanizado esfuerzos mundiales para mitigar su vulnerabilidad estratégica en este campo. El Gobierno de Estados Unidos creo el Critical Materials Hub (autollamado “Proyecto Manhatan” de las tierras raras) formado por los más importantes liderazgos de investigación en minería y materiales para impulsar iniciativas para fortalecer la disponibilidad de aleaciones de tierras raras.

En el Reino Unido el tema llego al parlamento; Dinamarca reacciono asegurando en Groenlandia un hallazgo fuerte de minerales de tierras raras en una zona volcánica que resulto expuesta durante los deshielos provocados por el cambio climático. Con el mismo impulso varias compañías mineras internacionales en Afganistán, Nueva Zelandia y varios países africanos han encontrado importantes yacimientos de tierras raras en el pasado reciente.

En México la Comisión de Ciencia y Tecnología de la Cámara de Diputados lanzo una iniciativa estratégica para impulsar la búsqueda de tierras raras, misma que se concretó en un apoyo del CONACYT al Campus Morelos de la UNAM para liderar un consorcio con la Universidad Autónoma del Estado de Morelos y empresas vinculadas al Parque Científico y Tecnológico del Estado de Morelos PCYTEM.

El Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM dirigió en 2013 un intenso trabajo del consorcio para el análisis de las formaciones geológicas mexicanas más afines a las tierras raras, en el que organizo brigadas geológicas de campo para explorar los estados de Oaxaca, Hidalgo, Coahuila, Durango, Sinaloa y Sonora.

Las zonas seleccionadas fueron recorridas exhaustivamente por los equipos de geólogos del consorcio donde se recolectaron muestras de rocas. Para los estudios de laboratorio relativos a la concentración de elementos de tierras raras en dichas rocas se emplearon técnicas analíticas utilizando espectrómetros de masas, energía dispersiva y fluorescencia de rayos X.

Fue muy estimulante encontrar que en los estados de la Oaxaquia existen rocas de concentraciones altas de tierras raras muy interesantes para la minería. Destacan en Oaxaca sitios de concentraciones excepcionalmente altas de tierras raras como cerio, lantano, neodimio, praseodimio, samario, europio, gadolinio, terbio e itrio.

Sobresalen por su valor tecnológico estratégico el europio, terbio, neodimio y praseodimio. En Hidalgo se hicieron hallazgos de minerales con concentraciones interesantes de europio, terbio y lutecio de gran relevancia para las ciencias médicas. En Coahuila se encontraron sitios con concentraciones relevantes de samario, holmio y tulio. Y en Durango, Sinaloa y Sonora se localizaron terbio, tulio, iterbio y praseodimio también en concentraciones de interés para su explotación minera.

La chatarra electrónica resulto ser ‘una zona minera’ de máxima importancia para la producción de tierras raras.

México produce cerca de 300 mil toneladas anuales de desechos de televisores, computadoras, celulares y componentes automotrices que contienen una variedad de piezas reciclables de alto contenido de tierras raras. La metalurgia extractiva de tierras raras a partir de componentes de la chatarra electrónica representa un gran reto tanto para desarrollar metodologías económicamente viables para fomentar la extracción de estos valiosos metales, así como para cultivar la conciencia de la sociedad de reciclar estos materiales evitando su disposición en tiraderos a cielo abierto o rellenos sanitarios, en beneficio del medio ambiente.

Las aleaciones de tierras raras requieren procesos avanzados de metalurgia para dar lugar a que los productos con ellas fabricadas tengan las propiedades magnéticas y electrónicas excepcionales que las caracterizan.

La minería, la metalurgia extractiva y adaptativa y la fabricación de dispositivos de tierras raras representan una gran oportunidad económica para México, y un paso saludable en la dirección de proveernos de un futuro energético sustentable, aumentando nuestra participación en la revolución de las comunicaciones y la electrónica.

Los participantes del consorcio están proponiendo la creación de una alianza público privada para centralizar los esfuerzos nacionales a fin de apoyar con ciencia y desarrollo tecnológico una naciente industria nacional de materiales de alta tecnología basados en tierras raras al servicio de las energías sustentables, las comunicaciones, la instrumentación médica, las autopartes y las manufacturas en general.

Fuente: Blog Solo para ingenieros. 15 de marzo de 2014.
 


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