Las tierras raras son materias primas indispensables. Y la demanda global es correspondientemente alta. Son esenciales para la transición energética porque son necesarios para la producción de motores eléctricos, baterías y aerogeneradores. Su extracción está asociada a un alto uso de productos químicos y, por tanto, es perjudicial para el medio ambiente. Por lo tanto, es aún más importante usar y reciclar las tierras raras existentes de una manera respetuosa con los recursos. La reutilización es también el objetivo de Heraeus Remloy: Utilizamos un nuevo proceso para reciclar imanes permanentes de neodimio.
Tierras raras: metales importantes para las tecnologías del futuro
¿Qué son las tierras raras?
Las tierras raras incluyen los 17 elementos de los lantánidos, así como el itrio y el escandio. Todos estos elementos químicos son metales. Por cierto, las tierras raras no son tan raras como sugiere su nombre: por ejemplo, el neodimio es más común en la corteza terrestre que el plomo, el cobre o el oro. Los metales deben su nombre a la época de su descubrimiento. Se estudiaron como compuestos de óxido, antes llamados tierras, en minerales raros. El neodimio no se descubrió como elemento independiente hasta finales del siglo XIX y se produjo por primera vez en su forma pura en 1925.
Las tierras raras juegan un papel importante en nuestra vida cotidiana: los teléfonos inteligentes, los ordenadores portátiles, los vehículos eléctricos y las herramientas eléctricas necesitan tierras raras. Se requiere neodimio para los imanes permanentes en motores eléctricos y discos duros.
Metales comunes: presencia rara
Sin embargo, los depósitos de tierras raras son limitados. Muchos de estos metales solo se obtienen como subproducto a partir de la extracción de otros minerales. Por eso, se obtienen respectivamente en pequeñas cantidades. En 2020, la producción mundial de minas de óxido de tierras raras fue de 214 000 toneladas. De ellas, casi el 70 por ciento de la minería y la refinería proviene de China y solo un tercio de la mina Bayan Obo en Mongolia Interior.
Hay otros depósitos de metales de tierras raras en América del Norte, Australia, Groenlandia, Rusia e incluso Alemania. Sin embargo, los depósitos son demasiado pequeños o no están desarrollados para que la minería sea económicamente viable. Debido a la posición dominante en el mercado de China, la Comisión Europea actualmente considera que las tierras raras son las materias primas con mayor riesgo de suministro. El servicio científico del Parlamento alemán también se ha ocupado de la importancia de las tierras raras y ha resumido los hechos relevantes en un documento («Las tierras raras como recurso importante»).
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¿Cómo se obtienen las tierras raras?
Las tierras raras se obtienen principalmente en la minería industrial a cielo abierto. Se presentan como óxidos. En Bayan Obo, por ejemplo, la minería ocurre como un subproducto de la producción de mineral de hierro. Después de la extracción, el mineral se tritura y se muele. Tras una separación magnética opcional, se lleva a cabo una flotación de varias etapas para producir un concentrado de minerales de tierras raras, como bastnaesita o monacita.
A continuación, el concentrado se seca, se tuesta y se reduce con la adición de ácido sulfúrico. Luego, el concentrado se trata con una lejía. Los pasos difieren según el tipo de extracción y la composición de los concentrados. Finalmente, las tierras raras individuales se separan con disolventes orgánicos. Se requiere electrólisis ígnea, que consume mucha energía, para extraer el neodimio metálico del óxido. Por lo general, se puede obtener un kilogramo de neodimio a partir de 200 kilogramos de mineral en bruto.
¿Qué problemas surgen al extraer tierras raras?
La extracción de tierras raras consume mucha energía, es compleja y contamina el medio ambiente debido al uso de muchos productos químicos. Dependiendo del tipo de minería, las capas de suelo que contienen tierras raras deben lixiviarse directamente y eliminarse completamente. Esto resulta en intervenciones masivas en la naturaleza. Asimismo, requiere un alto consumo de agua durante la extracción. De media, son necesarios 2300 litros de agua para producir un kilogramo de óxidos de tierras raras. Las tierras raras también están asociadas con los radionúclidos, especialmente el uranio y el torio. Como resultado, los residuos mineros se contaminan radiactivamente, dependiendo del tipo de depósito. Rara vez se utilizan procesos modernos que tienen un menor impacto ambiental, lo que hace que el reciclaje sea aún más importante.
Imanes de tierras raras
Los imanes de tierras raras son imanes permanentes hechos de metales de tierras raras. En comparación con los imanes tradicionales, los imanes de tierras raras tienen una alta densidad de flujo magnético residual y una alta coercitividad magnética.
Uno de los imanes permanentes más utilizados industrialmente se compone de neodimio-hierro-boro (Nd2Fe14B1). Estos imanes se caracterizan por tener densidades de flujo de remanencia muy altas, intensidades de campo coercitivo y densidades de energía. Por lo tanto, los imanes de neodimio-hierro-boro son particularmente potentes y pueden tener un factor de forma pequeño. Esto los hace ideales para aplicaciones en las que el espacio es escaso, como en discos duros o altavoces de alta fidelidad.
¿Cómo se fabrican los imanes de tierras raras?
Los imanes permanentes a menudo se presionan en un molde como un polvo cristalino. Después, los imanes se sinterizan, es decir, se calientan bajo presión, para que se combinen los diversos materiales de partida. A esto le sigue la magnetización con un campo magnético externo. Los imanes permanentes se alinean con este campo magnético y así mantienen su efecto.
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