Dedicatoria .................................................................................................................. 5
Prólogo ........................................................................................................................ 7
Índice ......................................................................................................................... 11
Índice de anunciantes ................................................................................................ 17
1. Introducción
1.1. Definición de tierras raras .................................................................................. 19
1.2. Descubrimiento de las tierras raras y etimología ............................................... 23
1.3. Abundancia de las tierras raras en la corteza terrestre ....................................... 25
1.3.1. Principales yacimientos de tierras raras en el mundo .............................. 25
1.4. Mineralogía de las tierras raras .......................................................................... 27
1.5. Principales aplicaciones de las tierras raras ....................................................... 31
1.6. Carácter crítico de las tierras raras ..................................................................... 35
1.6.1. Estados Unidos ........................................................................................ 35
1.6.2. Unión Europea ......................................................................................... 38
1.6.3. World Materials Forum ............................................................................ 42
1.6.4. Crisis del año 2010 .................................................................................. 42
1.7. Producción y demanda de las tierras raras ......................................................... 43
1.8. El problema del equilibrio en la producción de las tierras raras ........................ 46
1.9. Precios de las tierras raras .................................................................................. 52
1.10. Factores que condicionan la economía de las tierras raras .............................. 55
2. Los yacimientos de tierras raras
2.1. Geoquímica de las tierras raras .......................................................................... 57
2.1.1. Introducción ............................................................................................. 57
2.1.2. Abundancia de las tierras raras en la tierra
y en los principales tipos de rocas ........................................................... 59
2.1.3. Abundancia de las tierras raras en las fases minerales ............................. 62
2.1.4. Mineralogía de las tierras raras en los yacimientos ................................. 62
11
Índice
2.2. Procesos de formación de los yacimientos de tierras raras ................................ 68
2.2.1 Formación en magmas carbonatíticos ....................................................... 68
2.2.2 Formación en magmas alcalinos ............................................................... 69
2.2.3. Formación a través de procesos hidrotermales ........................................ 70
2.2.4. Formación a través de procesos de alteración .......................................... 71
2.2.5. Geoquímica de las tierras raras en soluciones acuosas ............................ 72
2.3. Tipos de yacimientos de tierras raras ................................................................. 73
2.3.1. Depósitos en carbonatitas ........................................................................ 77
2.3.2. Depósitos en rocas ígneas peralcalinas .................................................... 83
2.3.3. Depositos en venas y skarn ...................................................................... 89
2.3.4. Depósitos de alteración ............................................................................ 90
2.3.5. Depósitos en arcillas con adsorción iónica .............................................. 96
2.3.6. Depósitos en placeres ............................................................................ 100
2.3.7. Otros tipos de yacimientos ..................................................................... 104
2.4. Distribución geográfica de los yacimientos de tierras raras ............................. 107
2.4.1. China ...................................................................................................... 112
2.4.2. Estados Unidos ...................................................................................... 117
2.4.3. Europa .................................................................................................... 119
2.4.4. Australia ................................................................................................. 124
2.4.5. Brasil ...................................................................................................... 127
2.4.6. Rusia ...................................................................................................... 129
2.4.7. Canadá ................................................................................................... 129
2.4.8. África ..................................................................................................... 133
2.4.9. Otros ...................................................................................................... 137
2.5. Principales yacimientos de tierras raras en el mundo ...................................... 138
2.5.1. Bayan Obo ............................................................................................. 145
2.5.2. Maoniuping ............................................................................................ 147
2.5.3. Arcillas con adsorción iónica del sur de China ...................................... 149
2.5.4. Mount Weld ........................................................................................... 153
2.5.5. Lovozero ................................................................................................ 154
2.5.6. Mountain Pass ........................................................................................ 155
3. Procesado de las tierras raras
3.1. Introducción ..................................................................................................... 157
3.2. Métodos de explotación ................................................................................... 162
3.3. Técnicas de concentración de los minerales ..................................................... 168
3.3.1. Métodos basados en la gravedad ............................................................ 172
3.3.2. Separación magnética ............................................................................ 175
3.3.3. Separación electrostática ........................................................................ 179
3.3.4. Flotación ................................................................................................ 179
3.4. Hidrometalurgia: lixiviado ............................................................................... 193
3.4.1. Lixiviado de la bastnasita ...................................................................... 196
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TIERRAS RARAS. GEOLOGÍA, PRODUCCIÓN, APLICACIONES Y RECICLADO
3.4.2. Lixiviado de la monacita ........................................................................ 197
3.4.3. Lixiviado de la xenotima ....................................................................... 198
3.4.4. Lixiviado de las arcillas con adsorción iónica ....................................... 202
3.4.5. Lixiviado de otros minerales con tierras raras ....................................... 206
3.4.6. Eliminación de las impurezas de carácter radioactivo ........................... 210
3.5. Procesos de separación .................................................................................... 211
3.5.1. Oxidación-reducción .............................................................................. 212
3.5.2. Cristalización fraccionada ...................................................................... 212
3.5.3. Precipitación fraccionada ....................................................................... 213
3.5.4. Intercambio iónico ................................................................................. 214
3.5.5. Extracción por solvente ......................................................................... 215
3.6. Reducción y refino de las tierras raras ............................................................. 220
3.6.1. Electrolisis de sales fundidas (electrowinning) ...................................... 221
3.6.2. Reducción metalotérmica ...................................................................... 225
3.6.3. Procesos de refino .................................................................................. 226
4. Aplicaciones y usos de las tierras raras
4.1. Introducción ..................................................................................................... 227
4.2. Catalizadores .................................................................................................... 238
4.2.1. Craqueo (cracking) catalítico del petróleo ............................................. 239
4.2.2. Convertidores catalíticos de automóviles .............................................. 245
4.2.3. Otros usos .............................................................................................. 247
4.3. Imanes permanentes ......................................................................................... 248
4.3.1. Imanes de samario-cobalto .................................................................... 252
4.3.2. Imanes de neodimio-hierro-boro ........................................................... 255
4.4. Aleaciones y metal ........................................................................................... 275
4.4.1. Hierro fundido ....................................................................................... 275
4.4.2. Acero ...................................................................................................... 275
4.4.3. Aleaciones de magnesio, aluminio y otras ............................................. 276
4.5. Baterías NiMH ................................................................................................. 278
4.5.1. Otras baterías ......................................................................................... 280
4.6. Fósforos ............................................................................................................ 280
4.6.1. Bombillas fluorescentes compactas ....................................................... 281
4.6.2. Otras lámparas ....................................................................................... 282
4.6.3. Pantallas de rayos X ............................................................................... 283
4.6.4. Tubos de rayos catódicos ....................................................................... 283
4.6.5. Monitores y pantallas de televisión ....................................................... 284
4.6.6. Otros usos .............................................................................................. 284
4.7. Pulido del vidrio ............................................................................................... 285
4.8. Cerámica .......................................................................................................... 290
4.8.1. Colorantes .............................................................................................. 290
4.8.2. Refractarios ............................................................................................ 290
4.8.3. Electrónica ............................................................................................. 291
13
INDICE
4.8.4. Cerámicas estructurales ......................................................................... 292
4.8.5. Otras cerámicas ...................................................................................... 297
4.9. Vidrio ................................................................................................................ 298
4.9.1. Decolorantes .......................................................................................... 298
4.9.2. Colorantes .............................................................................................. 298
4.9.3. Aumento del índice de refracción .......................................................... 299
4.9.4. Protección contra la radiación ................................................................ 300
4.9.5. Fibra óptica ............................................................................................ 300
4.10. Otras aplicaciones .......................................................................................... 305
4.10.1. Láseres ................................................................................................. 305
4.10.2. Aplicaciones nucleares ......................................................................... 309
4.10.3. Medicina .............................................................................................. 310
4.10.4. Magnetostricción ................................................................................. 310
4.10.5. Refrigeración magnética ...................................................................... 311
4.10.6. Fertilizantes .......................................................................................... 313
4.10.7. Textiles ................................................................................................. 313
4.10.8. Joyería .................................................................................................. 313
4.10.9. Pintura .................................................................................................. 313
4.10.10. Iluminación ........................................................................................ 313
4.10.11. Microondas ........................................................................................ 314
4.10.12. Otros usos en diversas ciencias .......................................................... 314
4.11. Defensa .......................................................................................................... 315
4.12. Aplicaciones y usos por elementos ................................................................ 317
4.12.1. Lantano ................................................................................................ 318
4.12.2. Cerio .................................................................................................... 319
4.12.3. Praseodimio ......................................................................................... 321
4.12.4. Neodimio ............................................................................................. 321
4.12.5. Prometio ............................................................................................... 323
4.12.6. Samario ................................................................................................ 324
4.12.7. Europio ................................................................................................ 325
4.12.8. Gadolinio ............................................................................................. 326
4.12.9. Terbio ................................................................................................... 327
4.12.10. Disprosio ............................................................................................ 328
4.12.11. Holmio ............................................................................................... 330
4.12.12. Erbio .................................................................................................. 330
4.12.13. Tulio ................................................................................................... 331
4.12.14. Iterbio ................................................................................................. 332
4.12.15. Lutecio ............................................................................................... 334
4.12.16. Escandio ............................................................................................. 337
4.12.17. Itrio .................................................................................................... 341
4.12.18. Resumen de las principales aplicaciones
de los elementos de tierras raras ........................................................ 343
4.13. Perspectivas de las tierras raras en las aplicaciones industriales ................... 346
14
TIERRAS RARAS. GEOLOGÍA, PRODUCCIÓN, APLICACIONES Y RECICLADO
5. Reciclado de las tierras raras
5.1. Introducción ..................................................................................................... 353
5.2. Los residuos de los aparatos eléctricos y electrónicos ..................................... 362
5.3. Minería urbana ................................................................................................. 368
5.4. Métodos de reciclado ....................................................................................... 370
5.4.1. Métodos hidrometalúrgicos ................................................................... 371
5.4.2. Métodos pirometalúrgicos ..................................................................... 372
5.4.3. Extracción en fase gaseosa .................................................................... 374
5.5. Reciclado de las tierras raras en los productos fuera de uso ............................ 375
5.5.1. Imanes permanentes ............................................................................... 376
5.5.2. Fósforos ................................................................................................. 386
5.5.3. Baterías .................................................................................................. 395
5.5.4. Catalizadores .......................................................................................... 396
5.6. Reciclado de las tierras raras en los residuos industriales líquidos y sólidos .. 396
5.6.1. Cenizas del carbón ................................................................................. 396
5.6.2. Fosfoyeso ............................................................................................... 398
5.6.3. Barros rojos ............................................................................................ 399
5.6.5. Residuos mineros ................................................................................... 400
5.6.6. Escorias metalúrgicas ............................................................................ 402
Bibliografía ....................................................................................................... 405