¿Qué son los elementos de tierras raras? Una guía sobre la minería y el análisis de las REE

Los elementos de tierras raras (REE, por sus siglas en inglés) son la columna vertebral de muchas de las tecnologías de punta que prometen hacer nuestro mundo más inteligente y sostenible. Sin embargo, satisfacer la creciente demanda de tierras raras no es fácil, debido a los desafíos en su extracción y procesamiento.

En este blog, cubriremos qué son los elementos de tierras raras, por qué están aumentando en importancia y cómo las empresas mineras pueden superar los desafíos de la minería de elementos de tierras raras utilizando un análisis elemental de vanguardia.

Hechos clave

• Los elementos de tierras raras, también conocidos como «metales de tierras raras» o «tierras raras», son diecisiete elementos metálicos que comprenden quince lantánidos, más el escandio y el itrio.
• Los elementos de tierras raras no son raros en cantidad, sino que se denominan «raros» debido a la dificultad de extraerlos de sus minerales, lo que ha contribuido a una escasez de minas de REE en todo el mundo.
• El análisis elemental integral y preciso, como el análisis de fluorescencia de rayos X (XRF) de alta potencia, puede ayudar en la exploración, extracción y procesamiento de elementos de tierras raras.

¿Qué son los elementos de tierras raras?

Los elementos de tierras raras, a veces llamados «metales de tierras raras» o «tierras raras», son un conjunto de diecisiete elementos metálicos que comprenden los quince lantánidos, más escandio e itrio.

Forman una parte esencial de muchos dispositivos de alta tecnología, como teléfonos inteligentes y motores y baterías de vehículos eléctricos (EV), lo que los hace cada vez más valiosos, particularmente a medida que más países se comprometen con la transición energética. Sin embargo, los desafíos en la minería y procesamiento de tierras raras significan que pocos países tienen la infraestructura necesaria para satisfacer esta demanda.

Elementos de tierras raras en la tabla periódica

La mayoría de los elementos de tierras raras aparecen en la tabla periódica como elementos 58–71. Sólo lantano (La), itrio (Y) y escandio (Sc) no aparecen en esta fila.

¿Por qué se llaman «raros» los elementos de tierras raras?

Los elementos de tierras raras no son en realidad «raros» debido a su escasez en la naturaleza. De hecho, son aproximadamente tan abundantes como los metales como el cobre y el zinc. En cambio, se les llama «tierras raras» por algunas razones:

1. Bajas concentraciones. Aunque son relativamente abundantes, los elementos de tierras raras no suelen aparecer en altas concentraciones. Esto hace que el proceso de minería sea ineficiente, ya que se requiere mucho poder para extraer una cantidad relativamente pequeña de elementos de tierras raras.
2. Alta estabilidad química. Los metales de tierras raras también son difíciles de extraer porque son muy químicamente estables, lo que significa que se necesita un procesamiento de alta intensidad para separar los metales de sus minerales.
3. Peligros durante el procesamiento. La necesidad de un procesamiento de alta intensidad, combinada con la naturaleza frecuentemente peligrosa de los propios elementos de tierras raras, significa que hay muchas preocupaciones de seguridad asociadas con la minería de estos elementos.
4. Falta de infraestructura. Estos desafíos significan que hay pocos lugares alrededor del mundo con la infraestructura necesaria para extraer elementos de tierras raras a gran escala.

¿Por qué son tan importantes ahora los elementos de tierras raras?

Los elementos de tierras raras son tan importantes ahora porque son esenciales para la fabricación de muchas tecnologías que son fundamentales para la transición energética.

La Agencia Internacional de Energía predice que en la producción de energía baja en carbono y vehículos eléctricos, la demanda de neodimio solo podría aumentar en más de un 600%, de 4,900 toneladas en 2020 a 37,700 toneladas en 2040.

Otros elementos de tierras raras también son importantes en la tecnología sostenible. Por ejemplo:

• Las turbinas eólicas suelen usar imanes que contienen elementos de tierras raras como praseodimio, disprosio y terbio junto con neodimio.
• Los motores de EV usan neodimio y samario y, a veces, también terbio y disprosio.
• Los paneles solares a veces utilizan disprosio y cerio para aumentar la eficiencia y durabilidad de sus células solares de película delgada.

¿Dónde se encuentran los elementos de tierras raras en todo el mundo?

La mayoría de los elementos de tierras raras del mundo provienen de China. El país tiene una reserva estimada de 44 millones de toneladas de metales de tierras raras, eso es alrededor del 38% de las reservas mundiales totales, más que cualquier otro país. China es también con diferencia el mayor productor mundial de elementos de tierras raras, responsable de casi el 70% de la producción global de REE en 2024.

Este dominio no sólo se debe a los recursos naturales sustanciales de China, sino también a sus bajos costos laborales, subsidios gubernamentales y políticas ambientales más laxas, que compensan los costos asociados con la extracción y procesamiento de metales de tierras raras.

Estos costos históricamente han impedido que otros países aprovechen al máximo sus reservas de elementos de tierras raras. Por ejemplo, aunque Vietnam y Brasil tienen las segundas y terceras reservas más grandes de metales de tierras raras, con 22 millones de toneladas y 21 millones de toneladas respectivamente, cada uno produce sólo alrededor de 1,000 toneladas de tierras raras por año.

Los organismos gubernamentales de todo el mundo ahora están esforzándose para reducir su dependencia de China para obtener elementos de tierras raras, acelerando proyectos de minería de elementos de tierras raras locales. Dos ejemplos son Estados Unidos y la Unión Europea.

¿Para qué se utilizan los elementos de tierras raras?

Los elementos de tierras raras se utilizan en la producción de muchas tecnologías avanzadas, notablemente en motores EV e imanes para turbinas eólicas en alta mar. También se utilizan en otras áreas de aplicación: aquí tienes un resumen completo de las aplicaciones de elementos de tierras raras.

Los desafíos de analizar los elementos de tierras raras durante la minería

La caracterización elemental efectiva es crítica para la minería de elementos de tierras raras. Ya sea durante la exploración, extracción o procesamiento, es esencial saber qué elementos están presentes y en qué cantidades, para adaptar tus operaciones y garantizar un producto final sólido.

Hay algunos desafíos clave que surgen al analizar los elementos de tierras raras:

1. Diversidad geológica. Los elementos de tierras raras se encuentran en una variedad de entornos geológicos, por ejemplo, pueden encontrarse en las arenas de playas, como en Kerala, India, o en depósitos de arcilla como los de Guangxi, China. Esto significa que no hay un proceso analítico o flujo de trabajo único para la minería de metales de tierras raras.
2. Similitud elemental. La mayoría de los elementos de tierras raras son químicamente muy similares; frecuentemente ocurren juntos y a menudo en concentraciones muy bajas. Esto hace que sea un desafío analizarlos utilizando una técnica como la XRF convencional, ya que la superposición espectral podría oscurecer los resultados. Por lo tanto, necesitas un XRF de alta potencia para lograr un análisis claro.
3. Riesgos de seguridad para los operadores. El análisis potente a veces puede presentar riesgos para la salud y seguridad de los operadores, por ejemplo, en el caso del análisis de plasma acoplado inductivamente (ICP), y los elementos son a menudo radiactivos, lo que representa más riesgos para la seguridad del operador.
4. Ciclos de retroalimentación largos. La complejidad y la infraestructura extensa requeridas para la caracterización de elementos de tierras raras significan que los métodos de análisis son a menudo tardíos y ocurren lejos del sitio de extracción, alargando el ciclo de retroalimentación para el monitoreo y optimización del proceso.

Sin embargo, hay instrumentos que pueden superar estos desafíos.

Métodos de análisis para cada etapa de la minería de metales de tierras raras

Cada etapa de la minería de elementos de tierras raras tiene diferentes necesidades analíticas. Aquí están las técnicas analíticas e instrumentos que los profesionales de metales de tierras raras deberían considerar para cada etapa del proceso.

Exploración de elementos de tierras raras

La portabilidad es un factor clave en el análisis elemental durante la exploración de elementos de tierras raras, ayudando a investigar diversos sitios geológicos.

Sin embargo, los instrumentos portátiles de XRF convencionales suelen tener voltajes de tubo de rayos X máximos de 50kV. Esto significa que mientras estos instrumentos pueden medir tierras raras ligeras, tienen dificultades para medir prácticamente elementos de tierras raras pesados debido a una excitación inadecuada y superposiciones espectrales con metales comunes como el hierro y el níquel.

El PowerHouse de SciAps ayuda a superar estos obstáculos. Diseñado específicamente para la exploración de elementos de tierras raras, el PowerHouse ofrece:

• Un tubo de rayos X miniatura de 80kV
• La capacidad de medir tanto tierras raras ligeras como pesadas y elementos indicadores
• Mediciones para 25 otros elementos importantes para la minería y exploración
• Conexión a la nube, además de dos cámaras
• Una duración de batería de más de seis horas
• Seguridad e interfaz intuitiva para los operadores

Esto te ayuda a cerrar el ciclo de retroalimentación durante la exploración, permitiéndote analizar depósitos en el campo sin esperar los resultados del laboratorio.

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Extracción de elementos de tierras raras

En el punto de extracción, es importante que los operadores mineros tengan una comprensión general del contenido de sus minerales para adaptar sus pasos de proceso o, si es necesario, ajustar el contenido de su mezcla cruda.

El análisis en línea es clave aquí. Si bien no ofrece la misma precisión que los métodos de laboratorio, ofrece conocimientos instantáneos que pueden ayudar a los operadores a detectar tendencias en los minerales que bajan por sus líneas de proceso, ayudándoles a ajustar sus técnicas de procesamiento.

Los analizadores de banda transversal CNA Pentos o CNA³ son candidatos fuertes para este tipo de análisis, ofreciendo:

• Análisis efectivo de activación rápida por pulsos y neutrones térmicos (PFTNA)
• Análisis de alta frecuencia del conjunto de tu materia prima
• Visión de tus minerales sin necesidad de que los operadores se acerquen a materiales potencialmente peligrosos en la línea de proceso
• Sistema de protección radiológica automatizado (ARPS) para proteger a tus trabajadores

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Procesamiento de elementos de tierras raras

Finalmente, los minerales de tierras raras requieren un procesamiento intenso para separar y purificar sus componentes. Un análisis eficiente y frecuente, o incluso en tiempo real, puede ayudar a optimizar estos procesos y reducir costos, ayudando a ampliar los márgenes de ganancia para las minas de elementos de tierras raras. Aquí hay tres métodos de análisis a considerar:

1. Epsilon Xflow. El Epsilon Xflow es un analizador XRF de energía dispersiva en línea (EDXRF) diseñado para el análisis elemental en tiempo real de líquidos. Ofrece ventajas significativas para el procesamiento de REE, por ejemplo, monitoreando continuamente las soluciones utilizadas para lixiviar elementos de tierras raras. Esto te ayuda a optimizar los reactivos, minimizando costos e impacto ambiental.
2. Zetium. Nuestro instrumento de XRF de dispersión de longitud de onda (WDXRF) Zetium permite un análisis multielemento altamente preciso y reproducible de muestras sólidas. Esto es útil durante el control de calidad final de concentrados y óxidos individuales de tierras raras, ayudándote a garantizar que cumplan las especificaciones de pureza y las necesidades de los clientes. Sin embargo, no es adecuado para todos los REE.
3. Aeris. Nuestro sistema compacto de difracción de rayos X (XRD) es especialmente útil durante el beneficio, ayudando a los operadores a monitorear los cambios en la mineralogía a lo largo de procesos como la lixiviación química y la flotación.

Métodos de análisis para la minería de elementos de tierras raras: tabla resumen

¿Tienes prisa? Aquí te dejamos un resumen rápido de los métodos de análisis disponibles para la minería de elementos de tierras raras.

Análisis personalizado para tu mina de elementos de tierras raras

Los elementos de tierras raras están en creciente demanda. A medida que la transición energética y el desarrollo tecnológico continúan a una velocidad vertiginosa, los países de todo el mundo están aumentando la presión sobre la minería de metales de tierras raras.

Para mantenerse al día con esta demanda, los profesionales que extraen tierras raras necesitan herramientas precisas para ayudarlos a analizar sus materiales y optimizar sus procesos. En Malvern Panalytical, tenemos la experiencia y el amplio portafolio necesarios para no solo impulsar tus procesos, sino para crear una solución de minería personalizada para tu sitio de extracción de elementos de tierras raras.

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