Por qué los elementos de tierras raras están ocultos a plena vista

Los elementos de tierras raras, también conocidos como REE, por sus siglas en inglés, son el tema del día. Casi todos los medios de comunicación destacan el aumento de la demanda mundial y la intensa competencia por los recursos, ya que los REE constituyen un componente esencial en la tecnología computacional de vanguardia, los teléfonos inteligentes, los imanes, los motores de vehículos eléctricos e incluso las turbinas eólicas. Sin embargo, lo que muchos no entienden es que la dificultad de suministro no está impulsada por la escasez de estos metales en la corteza terrestre. Investiguemos esta paradoja y conozcamos los desafíos de la cadena de suministro global, así como la investigación actual y las fronteras futuras en el ámbito del descubrimiento y la producción de REE.

La denominación REE es, en realidad, un término histórico inapropiado que hace que la gente se confunda sobre por qué estos metales son difíciles de encontrar. En realidad, no son raros en absoluto, sino que rara vez se encuentran en estado puro. Los químicos analíticos tuvieron muchas dificultades para separar los 17 metales del grupo de los lantánidos mediante los primeros métodos, lo que los llevó a creer que serían escasos en la naturaleza. Sin embargo, ahora sabemos que los lantánidos, como el cerio, son incluso más abundantes que el cobre en la corteza terrestre. El neodimio supera incluso al oro por varios órdenes de magnitud.

Y, sin embargo, el mundo se enfrenta a una crisis de suministro que es completamente real. La cuestión principal no es de escasez, sino de capacidad de localización, extracción y viabilidad económica. A medida que se acelera la necesidad global de independencia energética y capacidad informática, la consiguiente demanda de estos metales ha puesto de relieve que el flujo de nuevos proyectos destinados a abastecer la cadena de suministro de tierras raras es extremadamente limitado. Esto es cierto en el caso de la mayoría de los minerales críticos, pero la brecha entre el descubrimiento de un yacimiento de tierras raras y el desarrollo de una mina está demostrando ser mucho mayor que en el caso de casi cualquier otra materia prima. A continuación, explicamos por qué.

Los depósitos de REE pueden formarse mediante fraccionamiento cristalino en cámaras magmáticas. Se originan en un manto litosférico profundo metasomatizado, donde un bajo grado de fusión parcial concentra elementos incompatibles, como los REE altamente hidrofílicos, en fundidos primarios alcalinos o carbonatíticos. Las intrusiones resultantes suelen emplazarse en escudos continentales estables o rifts abortados.

Las menas de tierras raras de origen no magmático se forman en sistemas de alteración hidrotermal relacionados con discordancias que presentan un fuerte control estructural. Suelen estar confinados por zonas de falla en los límites de la cuenca, con longitudes según el rumbo típicas de 200 a 300 metros. Localizarlos dentro de una cuenca sedimentaria que abarca decenas de miles de kilómetros cuadrados es, literalmente, como encontrar una aguja en un pajar.

Otra fuente de REE de origen no magmático son los depósitos de arcilla de adsorción iónica (IACD, por sus siglas en inglés). Estos depósitos presentan una limitación distinta, ya que su formación depende de un equilibrio preciso entre una meteorización intensa y una erosión reducida. El levantamiento tectónico o las precipitaciones tropicales persistentes posteriores a su formación pueden destruir por completo el yacimiento. Aquí, tanto el objetivo de exploración como su período de conservación son reducidos.

Entonces, ¿qué métodos exploratorios, aparte de la cartografía rigurosa de posibles rocas hospedadoras o halos de alteración fértiles, son viables? Los tipos de mena más comunes suelen presentar una firma geoquímica o geofísica bien conocida. Este no es necesariamente el caso de los metales de tierras raras, pero su entorno inmediato ofrece indicios indirectos que pueden analizarse.

En cuanto a los métodos geoquímicos habituales, la fluorescencia de rayos X (XRF) portátil no es confiable para el análisis de REE debido a la interferencia espectral entre las líneas de emisión de los elementos de tierras raras y las de los metales de transición comunes. La digestión ácida estándar suele ser insuficiente para disolver los minerales refractarios de elementos de tierras raras; se requieren técnicas de fusión más costosas. Otra técnica no invasiva que ha demostrado mayor éxito en la detección cuando se combina con la exploración geofísica es el análisis hiperespectral (espectroscopía de imágenes). Esto puede llevarse a cabo a múltiples escalas, desde la detección por satélite (EnMAP y PRISMA) hasta el escaneo con drones, así como mediante el análisis directo de testigos y láminas delgadas.

En esencia, existen múltiples métodos que permiten encontrar nuevas fuentes de suministro mundial de elementos de tierras raras. Entonces, ¿por qué sigue siendo un tema que genera tanta preocupación y controversia? Hablemos de los aspectos económicos.

Una alta ley no significa nada si la mineralogía no es la adecuada. En la exploración de cobre u oro, una anomalía de alta ley asociada a pocas especies de sulfuros representa la mitad del camino recorrido. En comparación, los REE pueden incorporarse por sustitución en más de 200 minerales diferentes y, cuando se encuentran atrapados en silicatos refractarios como la eudialita o el circón, el extenso pretratamiento, la energía y el ácido necesarios para extraerlos pueden hacer que un yacimiento que a primera vista parece impresionante resulte totalmente antieconómico. Por consiguiente, solo un pequeño número de minerales, principalmente bastnasita, monacita y xenotima, puede procesarse a un costo viable, pero presentan otro problema. Todos ellos pueden ser altamente radiactivos debido a impurezas de torio y uranio atrapadas estructuralmente, por lo que los procesos de extracción y separación de los residuos de actínidos constituyen otro desafío metalúrgico.

Solo unos pocos minerales, entre ellos la bastnasita, que aparece en la imagen, pueden procesarse a un costo viable, pero presentan un desafío distinto: pueden ser altamente radiactivos.
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Los IACD constituyen objetivos atractivos porque, teóricamente, los REE pueden liberarse mediante una simple lixiviación con sulfato de amonio si el metal de tierras raras se encuentra en la superficie de la arcilla, en lugar de estar atrapado dentro de una red cristalina mineral insoluble. No obstante, determinar si una anomalía alojada en arcilla es verdaderamente iónica requiere costosos ensayos de laboratorio no disponibles sobre el terreno. Muchas anomalías prometedoras resultan ser callejones sin salida metalúrgicos.

El reto de las tierras raras no es encontrar los elementos. Se trata de encontrarlos en una forma que permita extraerlos de manera económicamente viable.

Dra. Janina Elliott

Otro factor diferenciador de los REE es que pueden subdividirse a su vez en REE ligeros y pesados (LREE y HREE, respectivamente, por sus siglas en inglés) según su peso atómico y su número atómico. Los LREE son geológicamente más abundantes, mientras que los HREE presentan una abundancia natural realmente baja y enfrentan déficits estructurales de suministro más graves, lo cual constituye el núcleo de algunas preocupaciones geopolíticas que se observan en la actualidad. Los yacimientos de HREE conocidos y en explotación en la actualidad se concentran en gran medida en regiones como el sur de China (*49 %) y Myanmar (porcentaje desconocido), lo que otorga a estas economías una posición de monopolio. Sin embargo, esta no es la única razón por la que China, en particular, ejerce tal poder sobre el ámbito de las tierras raras y controla hasta el **94 % del mercado.

Tomemos Brasil como ejemplo de un país rico en REE, como el cerio y el neodimio (actualmente en producción), así como en recursos no explotados que constituyen alrededor del *23 % del suministro mundial. Así, Brasil ocupa hasta la fecha el segundo lugar, después de China. Sin embargo, la falta de capacidad en las etapas intermedias de la cadena de valor lleva a externalizar el refinado de minerales a países con una posición consolidada en este sector, como China, lo que añade otra complicación.

Si el mundo desea desarrollar un mercado de elementos de tierras raras más diversificado, es necesario no solo encontrar yacimientos nuevos y económicamente viables, sino también desarrollar la infraestructura necesaria para una cadena de suministro integrada verticalmente, así como producir y vender a un precio competitivo. Durante muchos años será difícil lograr una economía de escala en comparación con los estándares actuales. Si bien los precios mínimos y las políticas gubernamentales a favor de la independencia del suministro pueden ser de ayuda en estos aspectos, esta interacción afecta los precios al contado de las materias primas y actúa como un arma de doble filo en el mercado libre. Pero ese es un tema interesante para otra ocasión.

Avances en la extracción activa de salmuera

Un ámbito en el que la situación económica podría cambiar con el tiempo es la extracción de tierras raras a partir de salmueras. Los fluidos geotérmicos, las aguas de producción de los yacimientos petroleros y otras salmueras subterráneas pueden contener elementos de tierras raras disueltos, lo que abre la posibilidad de recuperar minerales críticos en el marco de las operaciones energéticas existentes. A diferencia de los yacimientos de roca dura convencionales, estos recursos se encuentran dentro de sistemas de fluidos que, en algunos casos, ya están siendo extraídos y gestionados.

Si bien la extracción directa de litio a partir de salmueras ya se ha implementado a nivel comercial, la recuperación de tierras raras sigue encontrándose, en gran medida, en la etapa de investigación y proyectos piloto que actualmente se llevan a cabo en los Estados Unidos, Alemania, Islandia y otros países. Las tecnologías que se están probando en este ámbito contemplan la extracción de los REE como subproducto, ya sea mediante electromigración y separación electrohidrodinámica, o mediante resinas avanzadas con impresión iónica (MRT). El primer método aplica un campo eléctrico perpendicular a una corriente de salmuera en movimiento para obligar a los iones de REE a migrar lateralmente en función de su relación carga-masa. La ventaja de esta técnica es que permite evitar por completo la filtración física, lo que elimina las pérdidas parasitarias por bombeo y evita el taponamiento por depósitos de sílice. En comparación, la tecnología MRT emplea ligandos macrocíclicos anclados a soportes de sílice (resina adsorbente) que imitan exactamente la capa de hidratación y el radio iónico de lantánidos específicos, lo que permite la unión selectiva de los elementos de tierras raras y la exclusión de las sales de fondo.

Aún se está evaluando la viabilidad económica debido a inquietudes sin resolver respecto de la competencia por los sitios de unión en salmueras de alta salinidad, que puede saturar prematuramente los adsorbentes; la formación de incrustaciones de sílice tras la extracción de litio; y las limitaciones para la reinyección debido a la obstrucción de los pozos por aditivos que pueden provocar la contaminación de acuíferos profundos.

No obstante, los sistemas geotérmicos y los grandes campos geotérmicos, como el del Mar de Salton, podrían representar una interesante convergencia futura entre la producción de energía limpia y el suministro de minerales críticos. A medida que se expande la exploración geotérmica, el mismo conocimiento del subsuelo que se utiliza para cartografiar los sistemas de fluidos portadores de calor también podría ayudar a evaluar su potencial como fuentes secundarias de minerales críticos.

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Los campos geotérmicos como el del Mar de Salton, que se muestra en la imagen, permiten vislumbrar un futuro fascinante en el que convergen la producción de energía limpia y el suministro de minerales críticos.
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En conclusión, el problema del suministro de REE no se debe a su escasez. Los elementos están ahí. Lo que es poco común es la capacidad integrada para localizar yacimientos de manera confiable, caracterizarlos con precisión y extraer su valor de manera económicamente viable y con un impacto ambiental mínimo, debido a su firma química única. Adoptar la minería selectiva es un paso crucial para lograr la aceptación del público. La industria ya se encuentra en el camino hacia el desarrollo de nuevos procesos de extracción con una menor huella ambiental; sin embargo, esto no resuelve la demanda actual ni el problema de la exploración de yacimientos de roca dura. En este sentido, resulta fundamental un avance en los métodos de exploración geofísica y geoquímica, desde la escala regional hasta la escala de grano, combinado con un enfoque holístico de integración de datos. Es necesario combinar los resultados de los estudios de campo específicos y los métodos de exploración multianalítica en un entorno de computación en la nube que permita organizar y analizar de manera metódica y rápida los grandes volúmenes de datos. Solo así se podrá reducir el plazo entre la exploración y la producción hasta tal punto que permita que comience a desarrollarse, dentro de esta década, un mercado de REE más competitivo a nivel mundial.

Notas al pie:

* https://www.statista.com/chart/33754/countries-with-the-largest-known-rare-earths-reserves/

** https://pubs.usgs.gov/publication/ofr20261018/full