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Tierras Raras. Geologia,Producción,Aplicaciones y Reciclado

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Descripción

Las tierras raras (lantánidos más escandio e itrio) constituyen un grupo de elementos con unas propiedades químicas únicas que los hacen enormemente interesantes. De hecho, juegan un papel fundamental en el progreso tecnológico del mundo actual, estando presentes, en nuestro día a día, en un sinfín de dispositivos o mecanismos que nos rodean, necesitamos y facilitan la vida, aunque, la mayoría de las veces, ni siquiera, seamos conscientes de su presencia. Aerogeneradores, vehículos híbridos y eléctricos, baterías, ordenadores, móviles, tabletas, reproductores de sonido e imagen, televisores, lentes, cámaras, aparatos de iluminación, láseres, fibra óptica, aeronaves, armamento y equipos militares, etc. son algunos de los múltiples y diversos ejemplos.


Características

  • Páginas: 417
  • Tamaño: 17x24
  • Edición:
  • Idioma: Español
  • Año: 2019

Disponibilidad: 3 a 7 Días

Contenido Tierras Raras. Geologia,Producción,Aplicaciones y Reciclado

La editorial minera Fueyo Editores acaba de publicar su nuevo libro Tierras Raras, Geología, Producción, Aplicaciones y Reciclado, un tratado muy actual de la minería que tan de moda se encuentra actualmente. Los autores, Manuel Bustillo Revuelta y Javier Ruiz Sánchez-Porro, han sabido plasmar en más de 420 páginas unos conocimientos muy interesantes sobre unos minerales y unos elementos químicos muy desconocidos en la actualidad, pero que por determinados aspectos geopolíticos has cogido mucho protagonismo.

En 2019 la tabla periódica cumple 150 años. Los medios de comunicación se han hecho eco del acontecimiento, recordando el sistema de ordenación de elementos químicos que Mendeléiev presentó entonces y que otros científicos han seguido y siguen completando.

Las Naciones Unidas han declarado 2019 como el Año Internacional de la Tabla Periódica y son muchos los actos que se están celebrando para recordarlo: simposios, conferencias, exposiciones, además de numerosas publicaciones especializadas o de divulgación general, en los que se explican sus propiedades y aplicaciones.

Sin haber sido pensado expresamente con tal fin, este libro también contribuye, con un enfoque profesional técnico, geológico-minero, a difundir el conocimiento de un grupo de elementos muy concretos: las tierras raras. Aunque son bastante desconocidas a nivel general siempre y más últimamente, han despertado curiosidad o interés, empezando por su propio y equívoco nombre o más realmente debido a sus propiedades químicas únicas, a algunos de sus singulares yacimientos geológicos, a las dificultades técnicas de su procesado y, por supuesto, a sus innumerables aplicaciones y usos finales.

Las tierras raras juegan un papel fundamental en el progreso tecnológico del mundo actual, estando presentes en nuestro día a día en un sinfín de objetos, dispositivos, aparatos, equipos y sistemas, que nos rodean y facilitan la vida, aunque la mayoría de las veces ni siquiera seamos conscientes de su presencia en aplicaciones claves. Su repercusión es muy grande en muchos sectores industriales (energía, electrónica, transporte, comunicaciones, defensa, salud, etc.), contribuyendo decisivamente al auge y evolución de los mismos, como por ejemplo de las energías limpias o de los sistemas de defensa militar. Como se señala en el texto, se las puede considerar ciertamente como las vitaminas de la economía moderna, porque ya no se puede concebir nuestro estilo de vida sin su aportación.

Aunque su producción y consumo resultan minúsculos, comparados con los de otros minerales, su valor es inmenso, al representar un segmento estratégico, con algunos elementos que pueden considerarse esenciales, incluso críticos, para la evolución y desarrollo de muchas tecnologías avanzadas, incluidas las militares, las cuales tienen una repercusión directa en la seguridad de los países.

Todo esto hace que sean de gran interés, máximo si se consideran los aspectos geopolíticos derivados de una conjunción de factores que determinan la gran dependencia actual de China, que posee el monopolio casi absoluto de su producción, además de ser el principal consumidor y albergar las mayores reservas mundiales conocidas. Estos hechos pueden condicionar e influir notablemente en el progreso mundial, siendo una pieza destacada en el tablero de las guerras comerciales. Pueden ser el “oro negro del siglo XXI”, aunque, como ha manifestado algún estratega político, no tendríamos que caer en la obsesión de pensar que ahora, en vez de depender del petróleo árabe, vayamos a depender de las tierras raras chinas, aunque serán los acontecimientos quienes lo determinen finalmente.

De todo esto trata este libro que, como consulta especializada, puede proporcionar una base útil para ayudar a su conocimiento. Está dirigido a estudiantes, investigadores y profesionales de las materias primas minerales, así como a otros miembros de la comunidad científica interesados en su contenido. Por sus características, su edición en español le aporta valor añadido.
Se estructura en cinco grandes capítulos generales que, en diferentes apartados, desarrollan los principales aspectos relativos a los elementos químicos, a la geología, a la producción y procesado mineralúrgico, a las aplicaciones industriales y usos finales, y al reciclado de sus productos. Se acompaña de una amplia colección de referencias bibliográficas, que soportan y completan la información aportada.

El Capítulo 1 se inicia con la introducción correspondiente, definiendo a las tierras raras y explicando su descubrimiento y la etimología de su nombre, antes de resumir las principales características del grupo de elementos que lo constituye (familia de los lantánidos, más escandio e itrio, como recomienda la IUPAC), su abundancia en la corteza terrestre, mineralogía y aplicaciones. Su carácter crítico precisa de un apartado propio, que incluye la explicación de la crisis de mercado del año 2010 y que generó gran parte de la numerosa literatura publicada al respecto. Este carácter estratégico influye lógicamente en su producción y demanda, que se tratan en otros apartados. Para finalizar, se comentan los factores que condicionan su economía y la evolución de los precios de mercado, siendo importante destacar que no se rigen por su cotización en bolsa, sino por contratos bilaterales, que generan muchas incertidumbres sobre la disponibilidad de los recursos y los precios futuros.

En el Capítulo 2 se tratan los yacimientos de tierras raras, sus tipos, geología y distribución. Comienza con un resumen de la geoquímica de estos elementos, indicando su abundancia en la corteza terrestre y en los principales tipos de rocas. Aquí se puede comprobar que no son tan escasos como su nombre indica, siendo algunos incluso más abundantes en la corteza que otros más conocidos, como el oro, el platino o el plomo. A continuación se explican los procesos de formación de los yacimientos minerales, ya sea en magmas o a través de procesos hidrotermales o de alteración. En el primer caso, se incluyen los magmas carbonatíticos que, como es sabido, son bastante singulares (de hecho, solo se conoce un único volcán activo que expulsa este tipo de lava, en el sistema volcánico africano del Gran Valle del Rift). Luego, se describen los principales tipos de depósitos, destacando los de carbonatitas (con la mayor producción de tierras raras ligeras) y los de arcillas con adsorción iónica (que dominan la producción de tierras raras pesadas). Por último, se señala la distribución geográfica de estos yacimientos en el mundo, su situación actual o prevista, etc., y se explican con detalle los principales y más característicos, destacando, por supuesto, los situados en China, como el de Bayan Obo (el más importante del mundo) y los ya citados, y peculiares, depósitos de arcillas con adsorción iónica.

En el Capítulo 3 se describe el procesado de las tierras raras, incidiendo en la complejidad de la separación de los diferentes elementos presentes en los minerales, dada la intensa afinidad química existente entre ellos, lo que genera un exceso de costes económicos. Tras un resumen de los tradicionales métodos para su explotación (cielo abierto y placeres, sobre todo) se presentan las técnicas de concentración más usuales de estos minerales (métodos basados en la gravedad, separación magnética, separación electrostática y flotación), antes de continuar con los distintos tipos de procesado para extraer las tierras raras de los concentrados obtenidos (procedentes sobre todo de los tres principales minerales con tierras raras: bastnasita, monacita y xenotima), como por ejemplo la hidrometalurgia o la pirometalurgia, dedicando un apartado específico a la eliminación de las impurezas de carácter radioactivo, ya que todas las mineralizaciones con tierras raras poseen, en mayor o menor cantidad, algunos de estos elementos (uranio, torio y radio, principalmente) y las plantas de tratamiento incluyen una etapa para este propósito. Se describen seguidamente los procesos de separación (oxidación-reducción, cristalización o precipitación fraccionada, intercambio iónico y extracción por solvente), para finalizar el capítulo con los procesos de reducción y refino.

El Capítulo 4 se dedica a las aplicaciones y usos de las tierras raras, comenzando por los más antiguos (finales del siglo XIX), para piedras de mechero y lámparas de gas de Welsbach, antes de emplearse como aditivos para el hierro en la siderurgia y, posteriormente, multiplicar su consumo al expandirse entre gran parte de las industrias. Se explican las principales aplicaciones industriales en las que las tierras raras son esenciales (catalizadores, imanes permanentes, vidrio, aleaciones y metal, baterías, fósforos y cerámica), además de otras secundarias, detallando algunos de los muchos usos finales derivados, como por ejemplo aerogeneradores, motores, vehículos híbridos y eléctricos, lentes, cámaras, pantallas, móviles, tabletas, iluminación, dispositivos de grabación y reproducción, láseres, fibra óptica, aeronaves, sistemas de defensa, etc. Como se indica en el texto, la lista no pretende, ni puede, ser exhaustiva, ni exclusiva, sino reflejar el inmenso abanico que las tierras raras proporcionan al desarrollo del mundo actual. Para cada sector y aplicaciones se señalan las tierras que contribuyen a su propia existencia y/o funcionamiento, y el papel que desempeñan en las mismas. Igualmente, se agrupan por elementos individuales, lo que sirve, además, para relacionarlos fácilmente con las aplicaciones y usos en los que están presentes. El capítulo acaba con las perspectivas que se plantean para las tierras raras en las aplicaciones descritas, en el futuro más cercano.

En el Capítulo 5 se trata el tema del reciclado, de especial relevancia para las tierras raras. La tecnología actual ha cambiado y, por primera vez en la historia, el reciclado podría reemplazar a la minería como recurso primario de muchas de las materias primas importantes, incluidas las tierras raras. Para ello, sería preciso adaptarse a la nueva situación y mejorar las condiciones y factores que lo condicionan. Se dedican apartados específicos a los residuos eléctricos y electrónicos, por su gran volumen y peligro potencial para la salud y el medio ambiente, y a la denominada “minería urbana”, término acuñado hace ya unos años para definir al proceso de recuperación de componentes y elementos antropogénicos de productos, edificios y residuos urbanos, basándose en la idea del desarrollo sostenible. El capítulo se adentra a continuación en los distintos métodos de reciclado y en los procesos específicos para los productos de tierras raras fuera de uso (imanes permanentes, fósforos, baterías y catalizadores) o presentes en los residuos industriales sólidos y líquidos (como cenizas del carbón, fosfoyesos, barros rojos, residuos mineros o escorias metalúrgicas).

La información expuesta en los capítulos descritos pone de relieve y recalca el enorme impacto de las tierras raras en nuestra sociedad. Aunque se están buscando soluciones alternativas para minimizar o incluso eliminar su utilización en las principales aplicaciones industriales, todo parece indicar que no son fácilmente sustituibles, al menos, a corto y medio plazo, lo que confirma sin duda alguna la necesidad de asegurar su abastecimiento.
Dedicatoria
Prólogo
Índice
Índice de anunciantes


1. Introducción


1.1. Definición de tierras raras
1.2. Descubrimiento de las tierras raras y etimología
1.3. Abundancia de las tierras raras en la corteza terrestre
   1.3.1. Principales yacimientos de tierras raras en el mundo
1.4. Mineralogía de las tierras raras
1.5. Principales aplicaciones de las tierras raras
1.6. Carácter crítico de las tierras raras
   1.6.1. Estados Unidos
   1.6.2. Unión Europea
   1.6.3. World Materials Forum
   1.6.4. Crisis del año 2010
1.7. Producción y demanda de las tierras raras
1.8. El problema del equilibrio en la producción de las tierras raras
1.9. Precios de las tierras raras
1.10. Factores que condicionan la economía de las tierras raras .

2. Los yacimientos de tierras raras

2.1. Geoquímica de las tierras raras
   2.1.1. Introducción
   2.1.2. Abundancia de las tierras raras en la tierra y en los principales tipos de rocas
   2.1.3. Abundancia de las tierras raras en las fases minerales
   2.1.4. Mineralogía de las tierras raras en los yacimientos
2.2. Procesos de formación de los yacimientos de tierras raras
   2.2.1 Formación en magmas carbonatíticos
   2.2.2 Formación en magmas alcalinos
   2.2.3. Formación a través de procesos hidrotermales
   2.2.4. Formación a través de procesos de alteración
   2.2.5. Geoquímica de las tierras raras en soluciones acuosas
2.3. Tipos de yacimientos de tierras raras
   2.3.1. Depósitos en carbonatitas
   2.3.2. Depósitos en rocas ígneas peralcalinas
   2.3.3. Depositos en venas y skarn
   2.3.4. Depósitos de alteración
   2.3.5. Depósitos en arcillas con adsorción iónica
   2.3.6. Depósitos en placeres
   2.3.7. Otros tipos de yacimientos
2.4. Distribución geográfica de los yacimientos de tierras raras
   2.4.1. China
   2.4.2. Estados Unidos
   2.4.3. Europa
   2.4.4. Australia
   2.4.5. Brasil
   2.4.6. Rusia
   2.4.7. Canadá
   2.4.8. África
   2.4.9. Otros
2.5. Principales yacimientos de tierras raras en el mundo
   2.5.1. Bayan Obo
   2.5.2. Maoniuping
   2.5.3. Arcillas con adsorción iónica del sur de China
   2.5.4. Mount Weld
   2.5.5. Lovozero
   2.5.6. Mountain Pass

3. Procesado de las tierras raras

3.1. Introducción
3.2. Métodos de explotación .
3.3. Técnicas de concentración de los minerales
   3.3.1. Métodos basados en la gravedad
   3.3.2. Separación magnética
   3.3.3. Separación electrostática
   3.3.4. Flotación
3.4. Hidrometalurgia: lixiviado
   3.4.1. Lixiviado de la bastnasita
   3.4.2. Lixiviado de la monacita
   3.4.3. Lixiviado de la xenotima
   3.4.4. Lixiviado de las arcillas con adsorción iónica
   3.4.5. Lixiviado de otros minerales con tierras raras
   3.4.6. Eliminación de las impurezas de carácter radioactivo
3.5. Procesos de separación
   3.5.1. Oxidación-reducción
   3.5.2. Cristalización fraccionada
   3.5.3. Precipitación fraccionada
   3.5.4. Intercambio iónico .
   3.5.5. Extracción por solvente
3.6. Reducción y refino de las tierras raras
3.6.1. Electrolisis de sales fundidas (electrowinning)
3.6.2. Reducción metalotérmica
3.6.3. Procesos de refino

4. Aplicaciones y usos de las tierras raras

4.1. Introducción
4.2. Catalizadores
   4.2.1. Craqueo (cracking) catalítico del petróleo
   4.2.2. Convertidores catalíticos de automóviles
   4.2.3. Otros usos
4.3. Imanes permanentes
   4.3.1. Imanes de samario-cobalto
   4.3.2. Imanes de neodimio-hierro-boro
4.4. Aleaciones y metal
   4.4.1. Hierro fundido .
   4.4.2. Acero
   4.4.3. Aleaciones de magnesio, aluminio y otras
4.5. Baterías NiMH
   4.5.1. Otras baterías
4.6. Fósforos
  4.6.1. Bombillas fluorescentes compactas
  4.6.2. Otras lámparas
  4.6.3. Pantallas de rayos X
  4.6.4. Tubos de rayos catódicos
  4.6.5. Monitores y pantallas de televisión
  4.6.6. Otros usos .
4.7. Pulido del vidrio
4.8. Cerámica
   4.8.1. Colorantes
   4.8.2. Refractarios
   4.8.3. Electrónica
   4.8.4. Cerámicas estructurales
   4.8.5. Otras cerámicas
4.9. Vidrio
   4.9.1. Decolorantes
   4.9.2. Colorantes
   4.9.3. Aumento del índice de refracción
   4.9.4. Protección contra la radiación
   4.9.5. Fibra óptica
4.10. Otras aplicaciones
   4.10.1. Láseres
   4.10.2. Aplicaciones nucleares
   4.10.3. Medicina
   4.10.4. Magnetostricción
   4.10.5. Refrigeración magnética
   4.10.6. Fertilizantes
   4.10.7. Textiles
   4.10.8. Joyería
   4.10.9. Pintura
   4.10.10. Iluminación
   4.10.11. Microondas
   4.10.12. Otros usos en diversas ciencias
4.11. Defensa
4.12. Aplicaciones y usos por elementos
   4.12.1. Lantano
   4.12.2. Cerio
   4.12.3. Praseodimio
   4.12.4. Neodimio
   4.12.5. Prometio
   4.12.6. Samario
   4.12.7. Europio
   4.12.8. Gadolinio
   4.12.9. Terbio
   4.12.10. Disprosio
   4.12.11. Holmio
   4.12.12. Erbio
   4.12.13. Tulio
   4.12.14. Iterbio
   4.12.15. Lutecio
   4.12.16. Escandio
   4.12.17. Itrio
   4.12.18. Resumen de las principales aplicaciones de los elementos de tierras raras
4.13. Perspectivas de las tierras raras en las aplicaciones industriales

5. Reciclado de las tierras raras

5.1. Introducción
5.2. Los residuos de los aparatos eléctricos y electrónicos
5.3. Minería urbana
5.4. Métodos de reciclado .
   5.4.1. Métodos hidrometalúrgicos
   5.4.2. Métodos pirometalúrgicos
   5.4.3. Extracción en fase gaseosa
5.5. Reciclado de las tierras raras en los productos fuera de uso
   5.5.1. Imanes permanentes
   5.5.2. Fósforos
   5.5.3. Baterías
   5.5.4. Catalizadores
5.6. Reciclado de las tierras raras en los residuos industriales líquidos y sólidos
   5.6.1. Cenizas del carbón
   5.6.2. Fosfoyeso
   5.6.3. Barros rojos
   5.6.5. Residuos mineros
   5.6.6. Escorias metalúrgicas


Bibliografía
 

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