1. Terres Rares

Continguts

Terres Rares

1.1. Membres

1.2. Introducció

Simplement el nom "Terres Rares" ja dona la intriga merescuda per a aquest grup d'elements. Estats Units i la majoria dels països europeus i sud americans combaten contra el domini Xinés sobre el mercat d'aquests elements. El gegant asiàtic es va adonar aviat del valor estratègic d'aquests elements. Fa 15 anys va iniciar un pla per dominar-ne el mercat amb aportacions a empreses estatals per a l’extracció, mà d’obra molt barata i escassa exigència ambiental. Això els ha permès extreure més quantitat d’elements amb menors costos que altres països com França, Rússia, Brasil, Estats Units o Japó, fins al punt de controlar avui en dia, el 95% de les reserves mundials. Per aclarir dubtes, les Terres Rares o REE ( de l'anglès Rare Earth Elements) són un grup de disset elements (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc i Y) descoberts fa més d'un segle i mig, i la utilitat dels quals no s'ha pogut optimitzar fins a finals de la dècada passada (2005-2010). Per a fer-nos una idea, avui en dia som capaços de fabricar dispositius electrònics molt petits i lleugers, al igual que podem fabricar cotxes híbrids o pantalles d'alta qualitat d'imatge, i tot gràcies a aquests elements.

Segons “Risk List 2012” [1], la llista destaca metalls econòmicament importants que estan en risc d'interrupció del subministrament incloent les terres rares, metalls del grup del platí, de niobi i tungstè. Segons la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), les terres rares estan compostes per elements químics metàl•lics de la taula periòdica formada per l'escandi, l'itri i els lantànids.[1] L'escandi i l'itri són considerats com a terres rares perquè es troben als mateixos dipòsits minerals que els lantànids, amb els que també comparteixen unes propietats químiques similars.

Veient el panorama actual i la demanda de les noves tecnologies, és fàcil deduir que el valor d'aquests elements és molt alt. Per a fer-nos una idea, l'Erbi ha multiplicat el seu preu per trenta en els últims cinc anys (2008-2013), segons la pàgina web de la fundació comercial britànica "London Commodity Markets". Però, ¿Seguirà en augment el preu d'aquests materials? ¿Com afecta al medi ambient i a la societat l'extracció d'aquests elements? Aquí és on entre aquest treball. El nostre objectiu és intentar esbrinar com es projecte el futur de la societat mitjançant aquests elements.

Les terres rares pertanyen al grup d'elements químics de la taula periòdica els lantànids. Dels quals farem els tres següents:

Nombre atòmic	Nom	Símbol
57	Lantani	La
60	Neodimi	Nd
68	Erbi	Er

1.2.1. Descobiment

El lantani es va descobrir al 1839 per Carl G. Mosander (Suècia), al igual que l'erbi, descobert quatre anys més tard pel mateix químic. Per altre banda, el neodimi va ser descobert l'any 1885 per C. Auer von Welsbach.

1.3. Aplicacions

1.3.1. Lantani

El lantani pur metàl·lic no té ús comercial. Moltes de les aplicacions del lantani són combinacions amb d'altres metalls com, per exemple, amb el níquel ($ \ce{La Ni5} $), el qual adsorbeix l'hidrogen gas. També el lantani s'utilitza com a component del nucli d'electrodes d'arc de carboni (augmenta la brillantor). I es troba en les piles $\ce{Ni MH}$. L'òxid de lantani s'utilitza en la fabricació de lents de càmeres digitals i, així, millorar l'índex de refracció.

S'utilitza en lents de la càmera i el telescopi. Els compostos que contenen lantà s'utilitzen àmpliament en aplicacions d'il·luminació de carboni, tals com la projecció de cinema. Es poden trobar a les cases en equips com ara televisions en color, llums fluorescents, làmpades de baix consum i gots. Tots els productes químics rars tenen propietats comparables. $\ce{La2 O2}$ s'utilitza per fer lents òptiques especials (infrarojos vidre adsorció, lents de càmeres i telescopis).

Avui en dia, tots els cotxes híbrids Prius a la carretera porta al voltant de 10 lliures de lantani. No obstant, la majoria dels propietaris de Prius ni tan sols saben que utilitzen aquest element de terres rares cada dia. Això es deu a la bateria del cotxe es refereix com "níquel-hidrur de metall". El "metall" en qüestió de lantani, però què podem dir, elements de terres rares no aconsegueixen cap respecte. Un gran avanç en la tecnologia de les bateries, les bateries de níquel-hidrur de lantani més potència en un espai més petit-són sobre doble d'eficient que la bateria de l'automòbil de plom-àcid de referència.

"Toyota és la companyia automotriu més gran del món i el Prius és el 8 per cent de la seva fabricació", Jack Lifton, consultor independent i expert en elements de terres rares, diu. "Afegeix que els altres automòbils híbrids i les bateries usades en petits ciclomotors a la Xina, i no hi ha prou lantani en el mercat avui en dia. Toyota és la primera i única empresa d'automòbils per invertir en una mina de terres rares. "

1.3.2. Neodimi

Molts dels aparells que ens ajuden a reproduïr i escoltar música funciones amb imants, (auriculars, petits motors elèctrics, elements que giren, etc). Antigament per fer aquests imants, l'empresa Sony va fer servir en el seu primer model de Walkman l'element Samari, que pertany a les terres rares.

En l'actualitat aquests imants se'ls ha substituït pel Neodimi, degut a què tenen una mida més reduïda i són més resistents. Per resumir, el Neodimi s'utilitza per fer potents imants en altaveus, discos durs d'ordinadors i tecnologies verdes com la fabricació d'algunes turbines de vent i cotxes híbrids, entre altres possibles aplicacions.

1.3.3. Erbi

L'erbi és útil en diferents àmbits. S’utilitza per a millorar la mal•leabilitat del vanadi i per incrementar l’absorció infraroja en el vidre. L’òxid d’erbi (III) s’utilitza per a donar al vidre un to rosat, com en el cas de les capes protectores per a les ulleres de soldadors, i també com a colorant per a vernissos i esmalts. En altres àmbits com el mèdic, aquest element es troba en làsers de cirurgia. També té usos en la indústria nuclear com a amortiguador de neutrons i en filtres fotogràfics. Però, l'ús que l'ha destacat i el qual ha fet que ens fixem en ell és la seva capacitat d'amplificar la fibra òptica.

En aquesta fibra, en intervals de distància regulars, hi ha una secció de cable que actua com a amplificador làser per reforçar la senyal que passa pel cable (telefònic o d'internet). Aquest amplificador es crea mitjançant el reforç del cable òptic amb certes quantitats d'Ebri la qual cosa, lleugerament, canvia les propietats òptiques del cable. d'aquesta fibra s'en diu fibra dopada. La fibra dopada conjuntament amb erbi i iterbi s'utilitza en fibres làser de gran potència, les quals estan reemplaçant gradualment les fibres làser de Diòxid de carboni en aplicacions de soldadura i tall. Gràcies a la seva funcionalitat en l'àmbit de telecomunicacions s'ha impulsat el seu reconeixement internacional i, conseqüentment, el seu preu.

1.4. Sostenibilitat Econòmica

1.4.1. Lantani

Aquest element és el 29è més abundant del món i també és el 2n element més abundant de les terres rares, però no utilitzava gaire.

Lantani és dels terres rares menys valuós, però és el que hi ha més canvis de preus. Òxid de lantani - utilitzat en la ceràmica i els catalitzadors de combustible - per exemple, va passar d'un preu de només $ 8.71/kg el 2008 a $ 117/kg en el tercer trimestre passat. A l'inici de 2012 s'havia retirat a $ 66/kg. Ara s'ha reduït a la meitat una altra vegada - dilluns un quilo de lantani podria ser recollit per $ 26. Això és una caiguda del 77% en menys de nou mesos. I tenir en compte que a l'interior de la Xina, mateix que mig quilo costos $ 13,15. Quan els preus d'exportació de lantani estaven en nivells rècord de $ 117/kg preus nacionals xinesos van ser menys de $ 20. Aquest diferencial ha passat de gairebé 10 vegades menor que el doble.

1.4.2. Neodimi

La Monazita és un mineral provinent de les terres rares i d'on s'extreu el Neodimi, aquest mineral és un dels principals fonts econòmiques. El Neodimi és el 27è element més abundant a l'escorça terrestre. El Neodimi en ajuntar-se amb l'oxigen generen Òxid de Neodimi, que segueix la fórmula química següent:

\[ \ce{ 4 Nd + 3O2 -> 2 Nd2 O3 } \]

L'òxid de neodimi s'utilitza en alguns molins de vent on el preu d'aquest compost a baixat. En el tercer quadrimestre del 2011 el preu es trobava a uns 338$/Kg, a mitjans de l'any 2012 va baixar dràsticament fins a 120$/Kg. Ara mateix es pot trobar un iman compost per Neodimi per 107,39$/Kg.

1.4.3. Erbi

L'erbi no es troba en la natura com element lliure, es troba en els mateixos minerals i en les mateixes zones que el disprosi; la monacita, ((Ce,La,etc..)PO4) i la bastnaesita, ((Ce, La,etc..)(CO3)F), són els seus principals minerals. L’erbi natural és una barreja de sis isòtops, tots ells estables, a més se’n coneixen nou més de radioactius. Pel que fa a la seva abundància, aquest element és troba en la posició 46 dels més abundants en l'escorça terrestre. Amb això queda clar que degut a la seva dificultat d'extracció el seu preu serà bastant elevat però, el que més crida l'atenció és que, el preu d'aquest material s'ha multiplicat per trenta en els ultims cinc anys, degut a temes polítics que mencionarem més endavant. Segons la pàgina web de la fundació comercial britànica London Commodity Markets, l'erbi es facturava a £22 per kg a l'any 2008,al voltant de £33 per kg al 2010, £73 per kg a l'any 2011, i superant les £649 per kg aquest any.

1.4.4. Conjunt

Actualment, Xina concentra el 95% d’exportacions de terres rares malgrat posseir-ne tan sols el 35% de les reserves mundials. Estats Units, Índia i Brasil, juntament amb el sud-est asiàtic (Malàisia posseeix la mina més gran del món), són considerats els productors habituals. Però, l'enorme cost ambiental i econòmic associat a la seva extracció, afegits a les mesures cada vegada més contundents en àmbit de control ambiental, han concentrat la producció en el gegant asiàtic, dotat de lleis més laxes. Les terres rares tenen certa dificultat per ser extretes de l'escorça terrestre i això comporta una sobreexplotació que influeix encarint els preus de les terres rares.

1.5. Sostenibilitat Social

1.5.1. Conjunt

Els elements de terres rares es troben sovint junts. Tan el lantani, el neodimi i l'erbi juntament amb altres terres rares són elements extrets de dos minerals: la monazita i la bastnesita. Les zones principals d'extracció de mineria són Xina, Estats Units, Austràlia, Brasil i Malàisia. El Lantani, nom del qual significa "amagat", es trobava "amagat" en un mineral de ceri. La producció mundial anual del neodimi és d'uns 7.300 tones.

Fins 1948, la major part de les terres rares del món procedeixen de dipòsits de sorra provinents de l'Índia i Brasil. Durant la dècada de 1950, Sud-àfrica va prendre la condició de font de terres rares mundial. A través de la dècada de 1960 fins a la dècada de 1980, el "Pas de muntanya", mina de terres rares a Califòrnia, va ser el principal productor. Avui en dia, els dipòsits hindús i sud-africans continuen produint concentracions d'algunes terres rares, però queden minvades al comparar-les amb l'escala de la producció xinesa. Xina ha produït més del 95% de l'oferta de terres rares mundials en els últims anys, sobretot a l'interior de Mongòlia, tot i que tenia només el 37% de les reserves provades. Totes les terres rares pesants del món (com el disprosi) provenen de fonts de terres rares xineses, com la polimetàl•lica dipòsit Bayan Obo. El 2010, l'United States Geological Survey (USGS) va publicar un estudi que va trobar que els Estats Units tenien 13 milions de tones mètriques d'elements de terres rares.

Una nova demanda ha posat a prova recentment l'oferta d'aquests elements, i hi ha una creixent preocupació de que el món aviat podria enfrontar una escassetat de les terres rares. S'espera que la demanda estatal de terres rares superi en els pròxims anys les 40.000 tones anuals.

1.5.1.1. Bayan Obo Districte Miner

És una ciutat minera a l'oest de Mongòlia Interior, Xina. Es troba sota l'administració de la ciutat de Baotou, més de 120 quilòmetres (75 milles) al sud. A les mines del nord de la ciutat s'hi troben els majors jaciments de metalls de les terres rares mai trobats les quals, a partir del 2005, han anat exportant més del 45% de la producció de metalls de terres rares mundials.

Xina va produir prop de 81.000 tones de metalls de terres rares en 2001, la xifra es va elevar a prop de 120.000 en 2006. Segons la Societat Xinesa de Terres Rares, es generen 9.600 i 12.000 metres cúbics (340.000-420.000 metres cúbics) de gas que conté residus de pols concentrat, àcid fluorhídric, diòxid de sofre i àcid sulfúric-s'alliberen amb cada tona de metalls rars que s'extreuen . També es produeixen aproximadament 75 metres cúbics (2,600 peus cúbics) d'aigua residual àcida, a més del voltant d'una tona de residus radioactius.

1.6. Sostenibilitat Mediambiental

Com ja hem vist els elements de les terres rares sovint es troben junts, i degut a que els seus isòtops tenen una vida relativament curta (17,7 anys) es troben en quantitats insignificants al món, d'aquí prové la sobrexplotació a segons quins llocs, com és el cas de Xina, i el perill de que aquests minerals s'extingeixin. La majoria de les terres rares són poc estables i a una llarga exposició a elles pot causar efectes adversos.

El lantani, el neodimi i l'erbi tenen efectes relativament semblants al igual que altres terres rares. En un ambient de treball amb exposició a llarg termini i a causa de les humitats i gasos inhalats amb l'aire a mines o altres llocs que treballin amb aquets elements, poden causar embòlies pulmonars, al igual que augmenten el risc de càncer de pulmó. Finalment, els seus residus poden ser una amenaça per al fetge quan s'acumula en el cos humà, ja sigui mitjançant el tacte o l'olfacte. El metall de neodimi en pols pot presentar cert grau de combustió i explosió.

Aquests elements s'aboquen al medi ambient en molts llocs diferents, principalment per indústries productores de petroli. Però, també s'ha de tenir en compte que cada dia es generen residus per mitjà d'abocaments domèstics, això provoca que s'acumuli al terra i en aigües subterrànies de manera que arriba a l'ésser humà, animals i contamini terrenys fent que no siguin prou fèrtils. En els animal aquàtics provoca danys a la membrana cel·lular, fet que derivi a influències negatives en la reproducció i en les funcions del seu sistema nerviós.

1.6.1. Xina i Bayan Obo Districte Miner

A causa de males pràctiques de gestió i la gran escala de l'indústria, la Xina ja té dificultats per fer complir les normes per millorar la seguretat i les mesures ambientals en la indústria de terres rares.

Una de les principals preocupacions que envolta la pràctica de la mineria de terres rares de la Xina elements és l'impacte negatiu que té per al medi ambient a causa de la mineria laxa pràctiques. Hi ha una sèrie de possibles conseqüències ambientals de la mineria elements de terres rares, si no es fa correctament. Desafortunadament, a causa dels ingressos potencial, moltes mines de terres rares han estat operant il·legalment, sense regulació, causant riscos ambientals greus, que agreuja el problema.

Segons un article publicat per la Societat Xina de Terres Rares, "Cada tona de terra rara produïda, genera aproximadament 8.5 quilograms de fluor i 13 quilograms de pols, i l'ús de concentrat tècniques de calcinació de l'àcid sulfúric d'alta temperatura per produir aproximadament una tona de mineral de terres rares calcinada genera 9600-12000 metres cúbics de gas de rebuig que contenen concentrat de pols, àcid fluorhídric, diòxid de sofre i àcid sulfúric, aproximadament 75 metres cúbics d'aigua residual àcida, i al voltant d'una tona de residus radioactius residus (que conté aigua)." D'altra banda, segons les estadístiques realitzades en Baotou, on ocorre la producció de terres rares primària de la Xina, "tota la terra rara empreses de la regió Baotou produeixen aproximadament deu milions de tones de tot varietats d'aigües residuals cada any" i la majoria de què les aigües residuals es "descarreguen sense ser tractat eficaçment, el que no només contamina l'aigua potable per a la vida diària, sinó que també contamina el medi ambient i l'aigua circumdant terres de cultiu de regadiu".

L'eliminació dels residus també contribueix al problema. Els relaves són el fonaments materials abandonats una vegada que la terra rara s'ha extret. Sovint, aquestes deixalles contenen tori, que és radioactiu. En general, els residus es col·loquen en un gran embassament de terra i emmagatzemat. D'acord amb Wang Caifeng, Director General Adjunt de la Xina del Departament del Ministeri de Materials Indústria i Tecnologia de la Informació, la producció d'una tona d'elements de terres rares genera 2.000 tones de residus miners. Wang va dir que la Xina ha sacrificat molt en la seva extracció de les terres rares i adoptar mesures per resoldre el problema, Xina encara té un llarg camí per recórrer abans d'assolir una aparença de control sobre el dany ambiental que es produeix a partir de la seva extracció i processament de terres rares elements. Segons un representant d'una fàbrica xinesa de Baotou, Inner Mongòlia, mentre que les empreses posaran una mica de diners per més ecològic processos miners amigables, altres opten per mantenir les despeses al mínim, a mantenir el seu avantatge competitiu en el mercat. Els costos associats amb millores ambientals són absorbits pels clients. Un altre factor dins de la indústria de la Xina és que la terra pertany al govern i no a la fàbriques. Per tant, si un productor de terres rares paga una gran suma de diners per màquines o processos que són més respectuosos del medi ambient que la inversió podria de sobte va perdre perquè el govern pot optar per recuperar el terres per a qualsevol nombre de raons, com ara la construcció d'una nova carretera a través de la propietat. Això redueix l'incentiu per complir amb qualsevol tipus de medi ambient normes. A més, el govern xinès no proporciona cap financera suport per ajudar les empreses a complir les normes ambientals. El mineral extret en Bayan Obo es transporta a Baotou a través de carros de ferrocarril oberts, on és després processada. Per desgràcia, amb l'edat, la tecnologia obsoleta, l'equip i poc supervisió, els residus s'obre pas al riu Groc, que passa pel costat sud de Baotou i viatja al voltant d'altres 1.300 quilòmetres, a través d'terreny muntanyós, així com a través de zones densament poblades abans de final abocament al mar Groc.

El 2005, Xu Guangxian escriure que el tori és una font d'radioactiva contaminació a l'àrea de Baotou i el groc River. Segons un local font, que va demanar no ser identificat, "Al riu Groc, a Baotou, el peix tot mort. Aquestes dipositen els residus - els productes químics al riu. No es pot menjar el peix perquè estan contaminats." Uns 150 milions de persones depenen del riu com la seva principal font d'aigua.

Les normes de seguretat a la Xina són laxos. "Les persones de 30 anys han mort de càncer de treball al voltant de les mines, possiblement a partir de materials radioactius", va dir un local d'font. "Vaig visitar una fàbrica moltes vegades. Quan visito una fàbrica o taller, li dic el director del taller, "li diria als treballadors a posar la seva màscara en quan ells fan la seva feina? "Ell va dir, 'Oh, si. Ho fem tot el temps, però és massa calenta. Ells no volen mantenir la seva màscara." Es pot veure que l'aire està brut i estan respirant tot endins". La malaltia més comuna en Baotou és pneumoconiosi, més conegut com a pulmó negre. Hi ha 5.387 residents a Baotou que pateixen de pulmó negre, que representa més del 50 per cent de la casos a la comunitat autònoma.

Mentre que la Xina podria tenir normes generals de control de la contaminació, el país. En realitat mai ha funcionat normes de descàrrega de contaminants de la terra rara indústria. A mesura que la indústria de terres rares a la Xina ha crescut ràpidament, no hi ha hagut manera eficaç de controlar els contaminants habituals, com ara amoníac, nitrogen, i pols de tori, que s'emet durant la fase de producció. D'altra banda, normes generals de seguretat i salut són sovint ignorats per una sèrie de raons, incloent:

La indústria és gran i difícil de controlar.
Les persones i empreses no estan sent responsabilitzats. Per exemple, en la societat occidental, si un empleat mor o es malalta, les repercussions podria incloure una pensió de demanda o de tota la vida, que l'empresa és obligat a complir. Aquest no és el cas a la Xina.

1.6.1.1. Residus

Les aplicacions de les terres rares com aparells electrònics, imants, bateries i d’altres comporta el desenvolupament d'escombraries i residus. Aquests residus generats per països desenvolupats (primer món) son abocats a zones residuals també del primer món però la majoria es traslladen al tercer món, generalment a l’Àfrica.

Aquests residus són dipositats en països del tercer món com Ghana a l'Àfrica, empreses envien contenidors plens de residus electrònics tot i que hi ha lleis que ho prohibeix. Les empreses utilitzen trampes "legals" en què diuen que aquests residus són en realitat articles de segona mà, tot i que un 80% no són res reutilitzables. Un dels escombriaires de Ghana anomenat Agbogbloshie era anteriorment riu bell anomenat Odaw, en el qual els nens jugaven a futbol i ara es dediquen a buscar metalls entre les escombraries per després revendre-la.

http://www.rtve.es/alacarta/videos/el-documental/documental-comprar-tirar-comprar/1382261/

1.7. Conclusions

Certament al començar aquest treball, tots teníem en ment que l'extracció d'aquests elements seria una feina bruta, poc saludable i molt perillosa. Per a aquestes raons Estats Units, al igual que molts altres països, va tancar les seves mines productores d'aquestes terres. Mitjançant aquest projecte hem pogut veure que les terres rares són elements únics, capaços de canviar tota la tecnologia, i la qual cosa fa que es valorin moltíssim. Però, també hem pogut veure que la seva existència està limitada, i això s'hauria de tenir en compte en un futur immediat. Es poden posicionar moltes postures en aquest debat:

- Explotar al màxim aquests elements i buscar substituts per a reemplaçar-los. - Minvar el màxim la seva producció i així protegir el medi ambient. - etc.

Abans de començar aquesta recerca, volíem trobar substituts per a alguns elements de les terres rares, l'extracció dels quals fos més senzilla, barata i que no danyés el medi ambient. Però, ens ha quedat prou clar que això està molt difícil. així que hem decidit concloure aquest treball amb una opinió:

Les terres rares són elements imprescindibles per al futur tecnològic global. Sabent que aquest grup és finit, molt costos econòmicament, perjudicial per a la salut i el medi ambient, hauríem de centrar la seva funcionalitat en dispositius que ajudin a la sostenibilitat mediambiental. En comptes de produir tantes televisions LCD, tants iPhons, tantes càmeres, que són coses de les quals podem prescindir perfectament, podríem centrar aquests elements en fabricar bateries per a cotxes híbrids, filtres de CO2, etc. Així que, més que un problema, les terres rares són la solució.

1.8. Referències

RiskList2012.pdf