Lantánidos: Uso y aplicaciones de sus productos

Una mirada detallada respecto a la implementación tecnológica en distintos campos de estudio.; te darás cuenta que tan cerca te encuentras de estos elementos y como ayudan al desarrollo de la ciencia.  Primero que todo nos preguntamos, ¿Qué son los

lantánidos?. Bueno estos son también conocidos como

“tierras raras”, y corresponden a un grupo de 15

elementos de la tabla periódica con números atómicos del

57 hasta el 71, a los cuales se suman el Itrio (Y) y el

Escandio (Sc) por sus similitudes químicas.[1][2]

Estos elementos se caracterizan por ser metales blandos

de color gris y brillo intenso y su nombre "lantánidos"

proviene de la palabra griega (lanthanein), que

significa "escondido".[2]

   N°  atómico   Nombre      Símbolo  

                   57              Lantano                  La  

                   58                  Cerio                  Ce  

                   59        Praseodimio                  Pr  

                   60            Neodimio                Nd  

                   61            Prometio                Pm  

                   62              Samario                Sm  

                   63              Europio                Eu  

                   64          Gadolinio                Gd  

                   65                Terbio                Tb  

                   66            Disprosio                Dy  

                   67                Holmio                Ho  

                   68                    Erbio                Er  

                   69                    Tulio                Tm  

                   70                Iterbio                Yb  

71              Lutecio Lu

Esta palabra se halló en el primer descubrimiento de lantano, en donde se encontró un

elemento dominado por tierras raras, el mineral de ‘‘cerio’’. El lantano irónicamente por su

nombre fue posteriormente identificado como el primero en una toda serie de elementos

químicamente similares y fue el que dio nombre a la clasificación de estos. El término

"lantánidos" fue presentado por Victor Goldschmidt en 1925.[3]

Fueron clasificados en dos grandes grupos de acuerdo a su masa atómica: “Tierras Raras

Livianas” (TTRRL) Lantano, Cerio, Praseodimio, Neodimio, Prometio, Samario, Europio y las

pesada (TTRRP) Gadolinio, Terbio, Disprosio, Holmio, Erbio, Tulio, Iterbio, Lutecio. Notamos

que junto con los actínidos estos forman los elementos de transición.

Estos elementos se encuentran en muchos minerales, principalmente en la MONACITA. El

cerio es el elemento más abundante de ellos. Los lantánidos puros son metales plateados con

altos puntos de ebullición y reaccionan lentamente con el aire, excepto el Samario, el Europio,

y el Iterbio, que son bastante mas reactivos con el oxígeno. Los metales son producto de

fluoruros u óxidos por un tratamiento con un fuerte reductor de metales, como el Calcio, o de

sales de cloro y flúor por electrólisis a altas temperaturas. Los lantánidos son típicamente

insolados en grupo, precipitando sus hidróxidos insolubles, oxalatos o fosfatos. Luego, ellos

son separados por un intercambio de iones que es la CROMATOGRAFÍA

Los óxidos de tierras raras han sido ampliamente investigado catálisis como promotores

estructurales y electrónicos para mejorar la actividad, selectividad y estabilidad térmica de los

catalizadores.

El método para poder obtener en forma de óxidos los elementos de tierras raras es simple.

Consiste en pulverizar el mineral mediante un chancado o molienda, luego el polvo o partículas

que se obtienen se someten a una digestión acida (lixiviación) en donde se pretende disolver

todos los elementos metálicos de interés y que quede un residuo sólido, fundamentalmente

sílice que es como una arena la cual posteriormente se desecha. Este concentrado de metales

se somete a un proceso de precipitación selectiva, el cual posteriormente se somete a un

proceso de calcinación, para finalmente obtener los óxidos de tierras raras en concentraciones

del orden de 95-97 %.

Un ejemplo de estos óxidos es : Óxido de Cerio,

también Llamado Ceria, se aplica ampliamente

en vidrios, cerámicas y fabricación de

Catalizadores. En La Industria del Vidrio, se

considera que es el agente de pulido de vidrio

mas eficiente para el pulido óptico de precisión.

También se utiliza para decolorar el vidrio

manteniendo hierro en su estado ferroso. La

capacidad del vidrio de cerio para bloquear la luz

ultravioleta se usa en la fabricación de artículos

médicos de vidrio y ventanas aeroespaciales.

También se utiliza para prevenir el oscurecimiento en polímeros mediante la luz solar y para

suprimir la decoloración del vidrio en la televisión. Se Aplican componentes ópticos para

mejorar su rendimiento. Ceria de alta pureza también se utiliza en los fósforos y dopante un

cristal. [4]

El más importante de los óxidos de tierras raras en catálisis industrial es, sin duda CeO2.C,

Ceria tiene un papel fundamental en dos de los procesos catalíticos comerciales más

importantes, en términos de relevancia económica y el tonelaje: de tres vías, catálisis (TWC) y

craqueo catalítico fluido (FCC). La importancia esta en la catálisis esto se demuestra por el

número de publicaciones industriales y académicos que han aparecido sobre el tema en los

últimos años.

Fig. 1. Esto indica que hay varias aplicaciones emergentes o procedimientos cuya óxido de

cerio se está investigando cada ves mas. [5]

Específicamente, el CeO2 tiene potencial uso para la eliminación de hollín del escape del

motor diesel, para la eliminación de compuestos orgánicos de las aguas residuales (oxidación

húmeda catalítica), como un aditivo para catalizadores y procesos de combustión y, en la

tecnología de células de combustible. Además de estas aplicaciones, se ha dedicado mucho

esfuerzo ultimamente para estudiar el papel de ceria en los procesos industriales bien

establecidos tales como FCC, TWC y deshidrogenación de etilbenceno, donde CeO2 es un

componente clave en la formación del catalizador.

Número  de  publicaciones  Sobre  CeO2  basado  en  materiales  en  catálisis:  (■)  literatura  abierta,  ( )  

Un análisis detallado de las publicaciones en el año 1997 revela que alrededor del 50% de las

contribuciones lidian con el uso de compuestos de óxido de cerio basados en el tratamiento

de las emisiones de fuentes móviles y fijas, y además la mayoría de los artículos de hacen

frente a la aplicación de óxido de cerio en TWC, nuevas tecnologías para el tratamiento de las

emisiones de diesel y el encendido por chispa motores de combustión interna.

Fig. 2. Esto también explica el aumento en el número de solicitudes de patentes entre 1984 y

1992, cuando la legislación medioambiental más estricta tomo vigencia en todos los países

industrializados.[5]

Fue durante este período que el CeO2 usado en MgAl2O4 catalizador de espinela de SO2

reacciona por eliminación y renueva el CeO2, estos son usados en catalizadores para el

tratamiento automático de escape que fueron los que se desarrollaron primero.[6][7][8]

Número   de   artículos   científicos   (no  patentes)   publicados   en   1997   en   ceria   y  materiales   relacionados   en   diferentes  áreas   de   la   catálisis:   1   (TWC),   2  (tratamiento   de   gases   de   combustión),   3  (oxidación),   4   (tratamiento   de   las  emisiones   de   diesel),   5   (catalizador  caracterización),   6   (electro-­‐catálisis),   7  (hidrogenación),  8  (otros)  

Avances multidisciplinarios

Cuando ocurrió la revolución tecnológica, los teléfonos inteligentes y las pantallas planas

conquistaron el mundo súbitamente, al mismo tiempo creció la demanda de vehículos

ecológicos y energías alternativas, todas estas tecnologías modernas necesitan de las tierras

raras.

Estos elementos químicos han tomado gran importancia en el mundo actual debido a que

están incorporados en muchos productos y tecnologías básicas que permiten mejorar nuestra

calidad de vida; sin embargo, es poco conocido su origen, qué son o por qué son tan

importantes para nuestro futuro. Un ejemplo es el Cerio, que se utiliza en aleación con otros

metales para la fabricación de las piedritas que generan la chispa en los encendedores.

El Lutecio se utiliza en las refinerías de petróleo como catalizador, ya que favorece las

reacciones en el “craqueo catalítico del fluido”, que es un proceso complejo que produce

rupturas en los hidrocarburos para la obtención de naftas.

Las Tierras Raras se utilizan también para fabricar imanes permanentes fuertes, materiales

superconductores, láseres, vidrios y cerámicas especiales de alta resistencia, etc. Sin ellos

las pantallas LCD, los teléfonos celulares, las lámparas de bajo consumo y las unidades de

disco duro de las computadoras no podrían ser fabricados. También forman parte de todos los

automóviles híbridos, turbinas de viento, telefonía móvil, aleaciones especiales para la

odontología e incluso en equipos de rayos X, que se utilizan a diario en medicina.

Un iPod por ejemplo tiene un triple uso de tierras raras: para almacenar música digital, para

trasladarlo por los auriculares, y para mostrar lo que se está reproduciendo. Una aleación de

hierro que contiene terbio y disprosio tiene una propiedad particularmente útil: se expande y

se contrae de manera eficiente en presencia de un campo magnético. Los sensores,

actuadores, y los inyectores suelen utilizar tales materiales, por ejemplo para regular el flujo

de gasolina en un motor de automóvil.[9]

Otro caso particular es la utilización del Erbio y Lantano en las fibras ópticas para aumentar el

ancho de banda e incrementarla transferencia de datos. El Europio es utilizado para generar

el color rojo en las pantallas de LCD y junto con el Disprosio se utilizan en los reactores

nucleares por su capacidad de absorción de neutrones; el Samario es un elemento

imprescindible en la fabricación de los micrófonos de las guitarras eléctricas.

Uno de los usos más curiosos, poco conocido y cotidianos de las tierras raras, es la

fabricación de las camisas incandescentes para los soles de noche a gas. Ésta consiste en

una malla de nylon impregnada en una solución de nitrato de Itrio (hasta el año 2000 se

utilizaba nitrato de Torio, pero al ser radioactivo se consideró nocivo para la salud), a la cual

se le agrega Cerio para aumentar el brillo de la luz emitida y Berilio para la resistencia de la

camisa.

En la industria se utilizan principalmente las Tierras Raras Pesadas, lo que es un efecto

vinculado a su proceso de obtención, separación y selección, ya que las Tierras Raras con

mayor peso atómico son las mas fáciles de separar de los minerales que las contienen.

Últimamente se ha descubierto un yacimiento de gran envergadura en nuestro país,

específicamente aquí en nuestra región. Es allí donde ya esta en curso un proyecto con el

nombre de Biolantánidos, con el fin de explotar estas materias primas para su pronta

exportación. La arcilla de los alrededores de la ciudad de Concepción contiene elementos

como el neodimio y el disprosio en concentraciones similares a las encontradas en el sur de

China, que han acaparado su abastecimiento, debido a que concentran mas del 90% de la

producción mundial.[10][11]

Muchos especialistas coinciden que las Tierras Raras harán la diferencia en nuestra

supervivencia en el futuro, debido a que en la actualidad son componentes fundamentales de

las tecnologías verdes.

Estos elementos son tan importantes en Asia que Tim Folger, en el artículo que publicó

National Geographic en junio de 2011, las calificó como “El Ingrediente Secreto (Chino) de

(casi) todas las cosas”.

En fin esto generará un nuevo aporte económico para nuestro país, debido a que gran parte

estos minerales conforman una serie de artefactos tecnológicos de alta demanda y de primera

calidad

REFERENCIAS

1.- Gray, Theodore (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the

Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. p. 240. ISBN 978-1-57912-814-2.

2.- http://biolantanidos.com/espanol/reportaje/la-historia-de-los-lantanidos-los-llamados-

elementos-del-futuro/

3.- Hakala, Reino W. (1952). "Letters". Journal of Chemical Education 29 (11):

581.Bibcode:1952JChEd..29..581H.

4.-  http://prysmag.com/  

5.- Trovarelli, A; de Leitenburg, C; Boaro, M; Dolcetti, G.’’Utilizacion del oxido de cerio en

catálisis industrial’’, Vol:50, (1999) Pag 1,2.

6.-  JS Yoo, JA Jaecker, USA 4 469 589 (1984).

7.- M. Ozawa, M. Kimura, A. Isogai, S. Matsumoto, N. Miyoshi, Germany. Offen, 3 913 972

(1,989).

8.- MG Sánchez, SR Schmidt, MV Ernest, USA 5 102 850 (1992).

9.- Hugh Aldersey-Williams, ‘‘Meet the Obscure, Useful Metals Lurking in Products All Around

You’’, Discover Magazine, Thursday, September 22, 2011.

10.- Anónimo, ‘‘Las tierras raras: el nuevo oro minero que se extrae casi únicamente en China

y que abrirá un yacimiento en Penco’’, El Mercurio, ‘‘Economía y negocios’’ Febrero 23,

2015,Pag 8.

11.- Carmen Gloria S. ‘Descubren minerales del futuro en la Región y abren gran camino a la

innovación’, El Sur, Economía y empresas, Enero 12, 2015, Pag 9.