TIERRAS RARAS1. INTRODUCCINExisten determinados elementos qumicos de carcter crtico para el sector energtico, en particular las llamadas tierras raras, cuya produccin mundial se encuentra dominada por China. El consumo de estos elementos se ha disparado en los ltimos aos, debido a un uso muy elevado en las nuevas tecnologas.

Se conoce mundialmente como tierras raras, tambin llamados metales especiales, un conjunto de 17 elementos qumicos metlicos: el escandio (nmero atmico 21), el itrio (nmero atmico 39) y el llamado grupo de los lantnidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio), cuyos nmeros atmicos estn comprendidos entre 57 y 71. Aunque el escandio y el itrio no forman parte del grupo de los lantnidos del sistema peridico, se comportan fsicamente de forma muy similar a stos. Generalmente se comercializan en forma de polvo y como xidos metlicos. Se extraen de unos 25 minerales que se encuentran en la naturaleza en cantidades no tan escasas como su nombre da a entender.Sin embargo, este nombre est justificado por la baja concentracin en que se suelen encontrar y la consiguiente dificultad para localizarlos en proporciones que permitan su explotacin comercial, la cual es compleja, costosa y agresiva con el medio ambiente. La situacin de las tierras raras en la tabla peridica puede verse coloreada en azul en la figura 1.

Figura 1: Elementos Qumicos denominados Tierras RarasFuente: SIRVENT, Gonzalo. El Mercado de las Tierras Raras: Un Mercado Estratgico. Instituto Espaol de Estudios Estratgicos. Espaa. 2012. Pp.4.

2. CARACTERISTICASTodas las Tierras Raras presentan similar comportamiento qumico, tabla 1, porque su configuracin electrnica no est diferenciada en el grado de relleno de la capa 4f, implicada fuertemente en la vinculacin qumica (Samson I. at el. 2005). Estos elementos forman principalmente iones trivalentes con excepcin del europio y cerio, los cuales presenta iones divalentes y tetravalentes respectivamente. Los radios inicos de los iones trivalentes de La-Lu decrecen sistemticamente con el aumento del nmero atmico, desde las tierras raras ligeras hasta las tierras raras pesadas, ocasionando principalmente el fraccionamiento de las tierras raras en la naturaleza. Esto se denomina el efecto lantano o contraccin lantnida. Las Tierras Raras generalmente son divididos en dos grupos, las Tierras Raras Livianas (La-Eu) y las Tierras Raras Pesadas (Gd-Lu, Y), con Y incluido dentro de este ltimo grupo debido a su similitud con Ho, pues aunque el Y no posee ningn electrn f, en muchos procesos geoqumicos este se comporta similarmente al Ho por su estados de oxidacin trivalente y casi idntico radio inico. Sin embargo es posible una clasificacin en tres grupos, incluyendo a Tierras Raras Medianas (Eu-Dy).

Tabla 1: Caractersticas de las Tierras RarasFuente: VASQUEZ, "Distribucin de Tierras Raras y otros elementos traza en la franja Polimetlica 9-10S del Per Central". Per. 2009.Pp.7.

Las Tierras Raras son incompatibles, es decir que tienden a concentrarse en la fase fundida que resulta de la fusin parcial del manto, permaneciendo durante la cristalizacin fraccionada de un magma. Una de las causas que condiciona el valor D (Mineral/Fundido), es decir la entrada de Tierras Raras en las redes minerales es su radio inico (R.I). Las tierras raras livianas que tienen mayor radio inico se introducen en los feldespatos y el apatito, as como en la esfena donde hay una fuerte concentracin porque fracciona fuertemente las Tierras Raras Pesadas. Adems del apatito y la esfena tambin el circn puede fraccionar fuertemente las Tierras Raras en los lquidos evolucionados. El granate admite en su red las Tierras Raras Pesadas que tiene un radio inico relativamente menor, pero no admite las Tierras Raras Ligeras que quedan relativamente concentrados en el fundido. Durante los procesos secundarios que puede afectar a las rocas despus de su cristalizacin (alteraciones, metamorfismo) las Tierras Raras Pesadas se comportan como inmviles, por lo que su estudio es especialmente interesante en las series volcnicas antiguas para tratar de identificar su posicin paleotectnica. En cambio las Tierras Raras Livianas probablemente son mviles. Qumicamente asociado por diferentes proporciones, estos elementos son los componentes de muchsimos minerales: ms de 250 minerales diferentes contienen Tierras Raras como impurezas, cuyas aleaciones puede lograr distintos porcentajes. Alrededor de 55, son tpicos portadores de minerales de tierras raras con aleaciones mayores de 10%. Solo los 3 ms comunes son la base principal de la actual industria de tierras raras. Monacita, xenotima son minerales de fosfato, mientras que la bastnaesita es un fluocarbonato.3. ORIGEN HIDROTERMAL DE LAS TIERRAS RARASEn muchas localidades las tierras raras estn asociadas con apatito o fluorita como minerales de ganga en muchos depsitos hidrotermales, donde ellos pueden haber jugado un papel dominante en la formacin de minerales de Tierras Raras. Por lo tanto hay muchas rocas comunes que forman minerales incorporando relativamente pequeos, pero significativos cantidades de Tierras Raras dentro de sus estructuras; ejemplos de sistemas hidrotermales incluyen, anhidrita, barita, calcita, granate, scheelita, turmalina y wolframita. Minerales de tierras raras hidrotermales pueden encontrarse en un ancho variado de ambientes geolgicos extendindose como relleno en fisuras y vetas con brechas, stockwork, skarn y una larga escala de cuerpo metasomticos de reemplazamiento, tabla 2.

Tabla 1: Minerales raros, o Tierras Raras y su origen hidrotermal.Fuente: VASQUEZ, "Distribucin de Tierras Raras y otros elementos traza en la franja Polimetlica 9-10S del Per Central". Per. 2009. Pp.7.

La fuente ms probable del fluido puede ser extendida para incluir otros depsitos, porque ha sido reconocido que muchos de los depsitos de Tierras Raras magmticos pueden haber sido enriquecidos considerablemente por alteracin de los depsitos primarios debido a la interaccin de fluidos hidrotermales tardos post-magmticos (Gier R. 1996). 4. TRANSPORTE DE TIERRAS RARAS Modelos tericos predicen que las Tierras Raras tiene una fuerte tendencia para formar complejos acuosos y ocurren como cationes libres solo en soluciones de baja temperatura. La constante de estabilidad de la mayora de los complejos de Tierras Raras generalmente se incrementa con el aumento de la temperatura, pero decrece con el incremento de la presin. La variedad de ligandos que incluyen F-, Cl-, OH-, SO42- y CO3, son probablemente candidatos para formar complejos de Tierras Raras en fluidos hidrotermales. Los efectos combinados de pH y relativa abundancia de los ligandos, revelan que en general la solucin hidrotermal es rica clorurada con Tierras Raras. Algunas predicciones futuras indican que las Tierras Raras Livianas y Pesadas pueden formar complejos por los diferentes ligandos en iguales soluciones, el cual conduce al fraccionamiento entre estos elementos. De otro lado la concentracin, distribucin y modelo de fraccionamiento de los elementos qumicos del grupo de las Tierras Raras en el agua y sedimentos de sistemas acuticos, son un importante foco de atencin en los ltimos aos ya que son una herramienta til como trazadores geoqumicos de los procesos que tienen lugar en estos ambientes (Carro B. et al., 2006). El agua afectado por procesos de drenaje cido, contiene altas concentraciones de Tierras Raras, adems de metales pesados. Los estudios de drenaje cido han demostrado que la adsorcin sobre precipitadas de xidos e hidrxidos de Fe es el principal mecanismo para el intercambio de metales en solucin, y que el porcentaje de intercambio es dependiente del pH. En general, la concentracin de Tierras Raras en aguas cidas decrece con el incremento del pH y suele ser el resultado tanto de procesos de adsorcin como de dilucin durante mezclas de aguas diferentes. 5. DISPERSIN GEOQUMICALas tcnicas de prospeccin geoqumica (muestreo de sedimentos) estn basadas en el anlisis sistemtico de la dispersin de los elementos qumicos en la naturaleza que para el objetivo de este tratado tiene que ver con los elementos de tierras raras y algunos elementos traza de inters. La dispersin geoqumica puede conceptualizarse como la capacidad de migracin de un elemento, desde su origen hacia otro ambiente a travs diferentes procesos fisicoqumicos y mecnicos. Goldschmidt relacion estos factores como el comportamiento de elementos qumicos en ambientes superficiales (Siegel F. 1992), los cuales son muy importantes en la investigacin. Propuso que una primera evaluacin de este comportamiento poda hacerse mediante un factor que designa potencial inico y que se define por Z/r (la carga inica de un elemento dividida por su radio inico). Los iones menos reactivos en medios acuosos mantienen sus caracteres inicos en solucin y tienen valores de Z/r hasta 3; otros iones con potencial inico intermedios (entre 3 y 12) se unen con (OH)- y son elementos relativamente inmviles figura 2 y por lo general estn asociados con las arcillas y los xidos/hidrxidos de Fe y de Mn (hidrolizados). Los elementos con potencial inico superior a 12 forman complejos inicos solubles (con el oxgeno). La movilidad y dispersin de los elementos durante la meteorizacin y en un ambiente supergnico representan en algunos casos la redistribucin de los elementos cuando termina el proceso de mineralizacin. Sin embargo en muchos casos, la dispersin de los elementos representa una modificacin en el espacio de su distribucin en un yacimiento primario.

Figura 2: Relacin Z/r de los traza de carga inica en contraste con radio inico.Fuente: VASQUEZ, "Distribucin de Tierras Raras y otros elementos traza en la franja Polimetlica 9-10S del Per Central". Per. 2009. Pp.16 5.1. Dispersin Mecnica: Se caracteriza por el hecho de que el elemento queda en el mismo estado qumico durante su transporte. 5.2. Dispersin Qumica: La contribucin de procesos qumicos a travs del intemperismo, comprende sobre todo una diferenciacin del material en varias fracciones de movilidad. Se puede dividir los elementos en: inmviles, que son los insolubles y los mviles que son los solubles. 5.3. Dispersin Primaria: Est caracterizada por producirse en un ambiente profundo que se realiza en condiciones de temperatura y presin elevada, ocasionndose cuando una mineralizacin afecte a las rocas encajantes. Los productos de la dispersin primaria se conservan mientras las rocas en las que se asientan estn en equilibrio y no son expuestas a alteraciones (meteorizacin, metamorfismo). 5.4. Dispersin Secundaria: Se produce en condiciones de baja presin y temperatura. Cuando la roca se altera, los elementos son sujetos a erosin y una dispersin que lo transportan del sitio de origen. Mediante el transporte, una precipitacin selectiva o una sedimentacin puede resultar en una redistribucin de los productos de meteorizacin que es gobernada por propiedades fsicas o qumicas de los mismos elementos. Es necesario para una prospeccin geoqumica efectiva, el conocimiento bsico de los factores qumicos y mecnicos que controlan la dispersin.

6. IMPORTANCIADurante muchos aos fueron elementos desconocidos, de los que se pensaba que carecan de inters. Sin embargo, en las ltimas dcadas el hombre no ha cesado de encontrar para ellos aplicaciones mltiples en las nuevas tecnologas que han ido surgiendo durante estos aos. Su importancia se deriva no slo de su destacado papel en toda la industria informtica (civil y militar), sino tambin en los diferentes sistemas de generacin de energas renovables as como en la fabricacin de armamento y material militar. Todo ello, unido a su utilizacin creciente y a la fuerte concentracin de su produccin en manos de China hace de las tierras raras un conjunto de materiales de crucial importancia para la soberana econmica y poltica de cualquier pas, entre otros para EE.UU, Japn, Canad y la Unin Europea, que ya han mostrado de una u otra forma su preocupacin al respecto.Las tierras raras hoy en da se utilizan para producir discos duros de ordenador, telfonos mviles inteligentes, pantallas de T.V., pantallas tctiles, vehculos hbridos, turbinas elicas, paneles solares o lmparas de bajo consumo, entre otros muchos objetos. Su mercado ha sido progresivamente controlado por China en cuestin de muy pocos aos, mediante una poltica de inversin en la explotacin de los yacimientos existentes en este pas, principalmente la gran mina de Baotou, situada en la regin autnoma de Mongolia Interior, as como la compra de empresas que explotan yacimientos en otros pases o la creacin de plantas especializadas en el procesamiento del mineral obtenido y sus derivados. Todo ello, unido a unos costes muy bajos de explotacin, tanto medioambientales como salariales, ha provocado el abandono de las inversiones en la explotacin de estos recursos en los pases occidentales en los ltimos quince aos, con consecuencias muy graves en la actualidad, en la que China ha llegado a controlar el 97% de este mercado.En el siguiente grfico pueden apreciarse los pases que han dominado la produccin mundial de estos elementos.

Figura 3: Produccin mundial de Tierras Raras.Fuente: SIRVENT, Gonzalo. El Mercado de las Tierras Raras: Un Mercado Estratgico. Instituto Espaol de Estudios Estratgicos. Espaa. 2012. Pp.5. Como puede apreciarse, la situacin actual es de un dominio absoluto por parte de China en el mercado de extraccin de tierras raras.7. UTILIZACIN EN LAS NUEVAS TECNOLOGASLas exigencias del progreso tecnolgico incrementan la necesidad de mayores tipos y cantidad de elementos qumicos. Por ejemplo, los procesadores electrnicos requieren hoy de 59 elementos en comparacin con los 11 que se usaban para su construccin en 1980. Mientras que los primeros automviles requeran vanadio, como un elemento raro, para mejorar la calidad del acero en los motores, hoy stos requieren cerca de 39 minerales para satisfacer las necesidades de competencia por calidad.Los materiales introducidos en nuestra vida diaria, se obsrvan en la figura 4, en la figura se puede observar el uso de cinco de estos metales (disprosio, neodimio, praseodimio, samario y terbio) en lo que en la figura se representa por un iPod, aunque lo mismo podra decirse de los telfonos mviles inteligentes. Adems, algunos de estos materiales tambin se usa en la fabricacin de discos duros de ordenador (neodimio) y en las nuevas pantallas de T.V. (itrio y europio). Todo ello constituye un primer campo de aplicacin muy importante.

Figura 4: Tierras Raras asociadas a fabricacin de productos.Fuente: SIRVENT, Gonzalo. El Mercado de las Tierras Raras: Un Mercado Estratgico. Instituto Espaol de Estudios Estratgicos. Espaa. 2012. Pp.5. Algunos de estos elementos se emplean para la produccin de imanes permanentes de gran potencia que forman parte de generadores. Los imanes elaborados con tierras raras se utilizan tambin en los motores elctricos de alto rendimiento de los nuevos vehculos hbridos, lo que constituye otro importante ncleo de consumo de estos materiales.Adems, existen otros usos importantes de aplicacin en la industria civil no recogidos en este esquema, que tambin conviene resear. Algunos de ellos son tambin de inters en la industria de armamento militar, al igual que sucede con la fibra ptica y con otras de las aplicaciones anteriormente citadas. Estos usos son los siguientes: Medicina (curacin de determinados cnceres, resonancias magnticas, TACs, rayos X, lseres e instrumental quirrgico): itrio, neodimio, terbio, gadolinio, tulio y holmio. Nuevos procesos de refinado de petrleo: lutecio. Motores disel: cerio. Luces de alta intensidad: escandio. Clulas de combustible: terbio. Superconductores a temperaturas muy bajas: itrio. Superconductores a altas temperaturas: tulio, lantano. Aleaciones en motores de aviacin: praseodimio. Reactores nucleares: samario, europio, gadolinio, disprosio y holmio.

8. EL MERCADO DE TIERRAS RARASEl proceso de produccin de tierras raras es complejo y consta bsicamente de las siguientes fases. En todas ellas, China controla el mercado de forma prcticamente monopolstica (se indica el tanto por ciento del mercado mundial entre parntesis):- Extraccin del mineral (97%).- Separacin de los xidos a partir del mineral y posterior refinado (97%).- Separacin de metales y generacin de aleaciones (89%).A continuacin tendra lugar la fabricacin de artculos diversos y componentes, tales como los imanes de nueva generacin. En esta fase China controla en torno al 70% del mercado mundial. Aunque los dems pases cuentan en ella con un poco ms de autonoma, su dependencia es absoluta pues sin la materia prima no podran fabricar nada. En lo que respecta al mercado de imanes en particular, de gran inters en los sectores de defensa y energtico, China controla el 75% de la produccin mundial de los de neodimio y el 60% de los de samario-cobalto. Estos ltimos utilizan tambin cantidades importantes de gadolinio y se da la circunstancia de que aunque EE.UU. cuenta con empresas que los fabrican, dichopas no extrae cantidad alguna de samario ni de gadolinio.Actualmente, la demanda mundial de tierras raras es de 136.000 toneladas (datos de 2010) y para 2015 se espera un valor en torno a las 200.000, por tratarse de un mercado que crece anualmente un 10%.9. RESERVAS MUNDIALESLas mayores reservas mundiales de tierras raras se encuentran en China (55 millones de toneladas), lo que supone entre un 30% y un 50% del total. Le siguen Rusia (19 millones de toneladas.) y EE.UU. (13 millones de toneladas.). A continuacin diversos pases cuentan con reservas menores como La India, Australia, Brasil y Malasia, tal y como puede apreciarse en la figura 5.

Figura 5: Produccin de Tierras Raras a nivel mundial.Fuente: SIRVENT, Gonzalo. El Mercado de las Tierras Raras: Un Mercado Estratgico. Instituto Espaol de Estudios Estratgicos. Espaa. 2012. Pp. 14.

10. TIERRAS RARAS EN ECUADORLos minerales raros, o tambin tierras raras, son fuente de elementos de carga electrnica densa (1) y constituyen la columna vertebral de la economa moderna para la produccin de bienes tecnolgicamente avanzados en reas como la automotriz, aeroespacial y electrnica.El paladio, rodio y platino (el descubrimiento mundial de este elemento fue hecho en el Ecuador por Antonio de Ulloa en 1748) son usados en convertidores catalticos para automotores. La Universidad de Tokio ha encontrado notables reservas de minerales raros en el Ocano Pacfico al occidente de Ecuador, suficiente para cubrir la demanda mundial por dcadas. Aunque las reservas mencionadas en el trabajo japons se hallan a miles de kilmetros de nuestros mares territoriales ms cercanos (Galpagos), existe evidencia indirecta de que existiran reservas continentales en la cordillera oriental amaznica. 11. BIBLIOGRAFIAVASQUEZ, "Distribucin de Tierras Raras y otros elementos traza en la franja Polimetlica 9-10S del Per Central". Per. 2009.SIRVENT, Gonzalo. El Mercado de las Tierras Raras: Un Mercado Estratgico. Instituto Espaol de Estudios Estratgicos. Espaa. 2012.