Las tierras raras están en boca de todos y no es casualidad: son la base silenciosa de gran parte de la tecnología moderna, desde motores eléctricos y aerogeneradores hasta pantallas, fibra óptica o equipos médicos. Pese a su nombre, ni son literalmente «tierras» ni, salvo contadas excepciones, son tan «raras». Aun así, su extracción y refinado son peliagudos, y ahí es donde se decide buena parte de la geopolítica actual.
Además del debate industrial, hay un pulso global: China domina la producción y, sobre todo, el refino, y cada vez que amaga con restringir exportaciones, tiemblan cadenas de suministro completas. Entre tanto, Europa, Japón, Corea del Sur y Estados Unidos buscan alternativas: nuevos yacimientos, reciclaje y diseño más eficiente. Vamos a desentrañar, sin rodeos, qué son, cómo se descubrieron, por qué son tan útiles, dónde están y qué implica depender de ellas.
Qué son exactamente las tierras raras
Cuando hablamos de tierras raras nos referimos a 17 elementos químicos metálicos: los 15 lantánidos (del lantano al lutecio) más el escandio y el itrio, que suelen acompañarlos en los mismos yacimientos. Su nombre viene de la vieja costumbre de llamar «tierras» a los óxidos y de lo endiablado que fue separarlos en el siglo XVIII y XIX; por eso el apelativo se quedó pegado.
En realidad, no son escasísimos en la corteza terrestre; el cerio, sin ir más lejos, es tan común como el cobre. El problema no es tanto encontrarlos, sino que aparecen muy dispersos y mezclados con otros elementos, lo que complica y encarece su separación. Hay una excepción notable: el prometio (Pm) es radiactivo y prácticamente no existe de forma natural; se obtiene en reactores nucleares a partir de la fisión del uranio.
Desde el punto de vista astronómico, su presencia tiene una historia apasionante: muchos de estos elementos se forjan en eventos extremos como la fusión de estrellas de neutrones. Meteoritos y costras marinas enriquecidas ayudan a los científicos a reconstruir su origen y distribución en el Sistema Solar, y hasta inspiran estrategias para su exploración futura.
Una historia de laboratorio: del misterio a la tabla periódica
La saga arranca en 1787, cuando Carl Axel Arrhenius halló en Ytterby (Suecia) un mineral negro muy denso. Sospechó que escondía algo nuevo y lo bautizó como «piedra pesada de Ytterby». En 1792, el químico finlandés Johan Gadolin analizó una muestra: encontró óxidos de silicio, aluminio y hierro, y una fracción importante de un óxido desconocido. Aquel mineral, la gadolinita, tenía fórmula idealizada Be2FeY2Si2O10, y su estudio daría pie al itrio (Y) y a toda una familia de elementos.
Poco después, Vauquelin y Klaproth confirmaron los resultados y sugirieron el nombre «gadolinita» para el mineral y «itria» para el óxido del nuevo elemento, en referencia al lugar del hallazgo. El hilo venía de atrás: ya en 1751, Cronstedt había descrito la «piedra pesada de Bastnäs», que Berzelius e Hisinger estudiaron en 1803 y de la que aislaron ceria (CeO2) y el elemento cerio (Ce), nombrado por el planetoide Ceres.
Las separaciones fueron laboriosas. En 1830, Carl Mosander aisló cerio metálico y descubrió el lantano (La) a partir de la ceria. También identificó una presunta «didimia» que décadas después resultó ser en realidad una mezcla de óxidos: en 1885, Welsbach separaría la praseodimia (Pr) y la neodimia (Nd). Mosander además detectó en 1844 dos óxidos que llamó erbia y terbia; sus nombres llegaron a intercambiarse en 1860, reflejando el caos de la época.
A finales del XIX la lista crecía sin parar: Marignac obtuvo iterbia; Lars Nilson aisló el escandio en 1879; Per Teodor Cleve identificó holmia (Ho) y thulia (Tm); y Boisbaudran detectó samaria en la didimia, de la que se aislaría el samario (Sm). En 1886, el propio Boisbaudran obtuvo la gadolinia (Gd2O3) y el disprosio (Dy) a partir de fracciones «impuras»; luego llegarían el europio (Eu, Demarçay, 1901) y el lutecio (Lu, Urbain, 1907). El prometio se confirmó mucho más tarde (Marinsky, Glendenin y Coryell, 1944–1947) en subproductos de fisión en Tennessee.
Propiedades químicas y físicas: lo que las hace únicas
Los lantánidos son metales electropositivos que, por norma general, trabajan en estado de oxidación +3. A lo largo de la serie se produce la llamada «contracción lantánida»: los radios iónicos disminuyen progresivamente por el aumento de la carga nuclear efectiva que sienten los electrones 4f. Este detalle, que no es moco de pavo, condiciona su química y estructura cristalina.
Por tamaño iónico, forman compuestos con números de coordinación altos y patrones estructurales particulares. Sus óxidos Ln2O3 son polimórficos y adoptan varias estructuras (tipos A, B y C). Con halógenos dan lugar a trihaluros LnX3 a lo largo de toda la serie, con la salvedad de que el cerio también forma el tetráhaluro CeX4 con Ce4+.
Otra familia llamativa son los hidruros: todas las tierras raras forman hidruros de tipo fluorita, generalmente con estequiometría aproximada LnH2, aunque existen trihidruros e hidruros no estequiométricos. Los nitruros binarios, por su parte, adoptan la estructura tipo «sal gema», muy simple pero eficaz.
En magnetismo y espectroscopía, su comportamiento es especial. Los electrones 4f son los protagonistas y se encuentran muy apantallados por las capas 5s2 y 5p6, de modo que el entorno químico apenas perturba sus niveles de energía. Las constantes de acoplamiento espín–órbita son grandes, de forma que los iones suelen tener un único estado fundamental bien definido (con número cuántico J), y el siguiente estado excitado queda poco poblado a temperatura ambiente.
De ahí emergen sus colores característicos y transiciones f–f, que prácticamente no dependen del compuesto. Por citar algunos: Pr3+ tiñe de verde, Nd3+ de lila, Sm3+ de amarillo, Eu3+ de rosa pálido, mientras que La3+, Ce3+ y Gd3+ son incoloros. Esta «paleta» es muy útil, por ejemplo, en láseres y fósforos.
Minerales y tipos de yacimientos
Aunque se han descrito más de 180 minerales que contienen tierras raras, apenas unos 25 concentran interés económico real. Entre los más importantes están la bastnaesita (fluorocarbonato de REE), la monacita (fosfato), la xenotima (fosfato de itrio), la loparita (óxido complejo rico en Ce, Na, Ca, Ti y Nb), la cerita (silicato) y la gadolinita (silicato con REE, berilio y hierro).
Los grandes yacimientos asociados a estos minerales se relacionan con cuatro contextos geológicos principales. Primero, las carbonatitas, rocas ígneas con más del 50% de carbonatos, como Bayan Obo (China) o Mountain Pass (EE. UU.). Segundo, rocas ígneas alcalinas como las sienitas nefelínicas de Lovozero (Rusia). Tercero, arcillas lateríticas que se forman por alteración in situ; el sureste de China explota más de 250 yacimientos de este tipo. Cuarto, depósitos tipo placer en los que se concentra monacita, como el de Matamulas (Ciudad Real).
Además, hay evidencias de enriquecimiento en costras de manganeso cobalto en fondos oceánicos, cuya explotación aún se investiga. No es ciencia ficción: son escenarios con recursos reales, aunque su viabilidad económica y ambiental se evalúa con lupa.
Producción, reservas y refino: el poder del cuello de botella
Las cifras bailan según la fuente y el año, pero el patrón es el mismo: China domina netamente el sector. Históricamente se han manejado producciones anuales de óxidos de tierras raras (REO) en el entorno de 160.000 t, mientras que en años recientes se sitúan en el orden de cientos de miles (por ejemplo, cerca de 390.000 t en algunos recuentos). China aporta la mayoría del suministro y supera con holgura el 70% del mercado; en refino concentra alrededor del 90% de la capacidad.
Entre los perseguidores están Estados Unidos como segundo productor, Myanmar (a menudo bajo el paraguas de compañías chinas), Australia, Tailandia y Nigeria. En reservas, el USGS estima en torno a 90 millones de toneladas equivalentes de REO a escala global: cerca de la mitad en China, unos 21 Mt en Brasil, alrededor de 7 Mt en India, aproximadamente 6 Mt en Australia y unas 4 Mt en Rusia; otras fuentes detallan también cifras muy relevantes en Vietnam y Groenlandia, además de Noruega con un yacimiento identificado de ~1,57 Mt.
Europa tiene una dependencia que ronda el 90% y su producción actual es mínima. España aparece en el mapa con potencial: además del placer de Matamulas (Ciudad Real), hay expectativas en Galicia, Castilla–La Mancha, Andalucía o Extremadura. Se ha llegado a estimar para Matamulas un recurso de en torno a 29,9 Mt de monacita, y se ha planteado que podría aportar en torno a 2.000 t/año de REO, aunque todo ello está supeditado a viabilidad técnica, económica y ambiental.
Aplicaciones tecnológicas y del día a día
Su lista de usos no cabe en un tuit. Por empezar por lo más conocido, los imanes permanentes de neodimio-hierro-boro (Nd2Fe14B) han revolucionado motores eléctricos, aerogeneradores, auriculares, altavoces, discos duros y sensores. El disprosio y el terbio se añaden para mejorar su comportamiento a alta temperatura, especialmente en turbinas eólicas y automoción eléctrica.
En óptica y fotónica, los lantánidos son imbatibles. El neodimio es el corazón de láseres como el YAG (granate de itrio y aluminio), YLF (fluoruro de itrio y litio) o YVO4 (vanadato de itrio), que emiten en el infrarrojo (alrededor de 1054–1064 nm) y se usan en medicina y odontología. El europio y el terbio activan fósforos rojos, verdes y azules para pantallas LED y fluorescentes. El erbio permite amplificación en fibra óptica a 1.55 μm para telecomunicaciones.
El cerio, por su parte, brilla como catalizador y agente de pulido: aparece en hornos autolimpiables, en el craqueo catalítico de refino y en el pulido de vidrio y óptica. Forma también parte de aleaciones que «chispean» en encendedores (ferrocerio). El lantano eleva el índice de refracción de los vidrios ópticos y se usa en lentes y como componente de baterías Ni–MH.
El itrio (Y) se utiliza para láseres YAG, fosforescentes en pantallas, superconductores de alta temperatura (YBCO), circonia estabilizada (YSZ) para cerámicas avanzadas, y granate de hierro e itrio (YIG) en filtros de microondas. También aparece en recubrimientos de lámparas de bajo consumo y LED blancos, bujías y como aditivo en aceros. El escandio (Sc) fortalece aleaciones de aluminio en aeronáutica y «tunea» lámparas de halogenuros metálicos.
En magnetoestrictores, combinaciones como terfenol-D (terbio + hierro) y galfenol (gadolinio + hierro) tienen aplicaciones en sonar, actuadores y sensores robustos. En medicina, el gadolinio es un agente de contraste en resonancia magnética, y el holmio interviene en láseres quirúrgicos. El tulio se ha usado en máquinas portátiles de rayos X y láseres compactos.
Imagen médica: fósforos y pantallas intensificadoras
Antes de la era digital total, y aún hoy en equipos específicos, las pantallas intensificadoras con fósforos de tierras raras transforman rayos X en luz visible para reducir dosis al paciente. Sus compuestos típicos incluyen activadores que determinan el color emitido.
- Gd2O2S:Tb (oxisulfuro de gadolinio activado con terbio): emite verde alrededor de 540 nm.
- La2O2S:Tb (oxisulfuro de lantano activado con terbio): también verde ~540 nm.
- Y2O2S:Tb (oxisulfuro de itrio activado con terbio): emisión en el azul (aprox. 450–500 nm).
- LaOBr:Tm (oxibromuro de lantano activado con tulio): azul 450–500 nm.
- YTaO4:Tm (tantalato de itrio activado con tulio): azul–ultravioleta entre 450–500 nm.
Frente al wolframato de calcio clásico, estos fósforos convierten la radiación con mayor eficacia, permiten velocidades más altas y, con parámetros técnicos optimizados, reducen dosis. El contrapunto es que las pantallas más rápidas pueden aumentar el «ruido» cuántico y radiográfico; el equilibrio entre detalle y dosis es la clave.
Energía y transición verde: tres escalones de impacto
Si ordenamos su papel energético, se dibujan tres escalones que se solapan. Primero, producción directa de energía: los generadores eólicos montan imanes de Nd–Fe–B con alrededor de un 30% de neodimio en la fracción magnética, y aditivos de disprosio y terbio para estabilidad térmica. En el ámbito nuclear y especial, el prometio-147 se ha usado en baterías betavoltaicas de muy baja potencia para sondas y posibles aplicaciones militares.
Segundo, eficiencia en el consumo: iluminación fluorescente y LED con fósforos de europio, terbio e itrio; motores eléctricos compactos y de alto rendimiento gracias a imanes de neodimio y disprosio; y baterías Ni–MH cuyos cátodos se formulan con aleaciones de tierras raras con proporciones típicas de cerio (45–50%), lantano (25%), neodimio (15–20%) y praseodimio (5%).
Tercero, medios que facilitan el manejo de la energía: hidruros de tierras raras para almacenar hidrógeno en redes cristalinas y liberarlo con un leve calentamiento; isótopos como Sm, Gd, Dy, Ho y Er en control de reactores; y un papel crucial de La y Ce en convertidores catalíticos de automóviles y en aditivos tipo CeO2 en combustibles, que reducen la temperatura de combustión del hollín y favorecen la limpieza de filtros de partículas.
En el mercado, más allá de la energía, aproximadamente la mitad de la producción se consume en imanes y catálisis. Por valor económico destacan imanes y luminiscentes. El consumo por elemento está muy sesgado: neodimio (~49%) y praseodimio (~20%) dominan por los imanes; después vienen lantano (~6%), cerio (~4%) y terbio (~4%); el resto, por debajo del 2%. Terbio y lutecio figuran entre los más caros por su escasez relativa y dificultad de separación.
Geopolítica, comercio y reciclaje: las piezas del tablero
En los últimos años, Pekín ha anunciado controles estrictos a la exportación tanto de tierras raras como de tecnologías de extracción y procesado. Con un cuasi–monopolio en la mano –y cerca del 90% del refino–, puede modular el grifo según convenga a sus intereses. Esto afecta a Estados Unidos, la Unión Europea, Japón y Corea del Sur, muy dependientes del vecino asiático.
Las cumbres internacionales han servido de escenario a esta tensión: líderes de EE. UU. y China han discutido esta materia en foros del Asia-Pacífico, con negociaciones para posponer cortapisas y ganar tiempo. Japón ha buscado acuerdos estratégicos para blindar su aprovisionamiento, y Corea del Sur mira con preocupación su dependencia en automoción y electrónica.
También se ha mirado a Ucrania por su subsuelo, aunque sus reservas probadas de tierras raras no son tan holgadas como se insinuó. En paralelo, la dimensión militar de estos elementos salta a la vista: un caza F‑35 integra más de 400 kg de tierras raras, y un submarino nuclear de clase Virginia puede requerir más de 4.000 kg. Todo ello subraya su carácter estratégico.
¿Soluciones? Varias, pero ninguna exprés. Abrir un yacimiento puede tardar hasta 30 años desde el descubrimiento hasta la producción. Lo más sensato a corto y medio plazo es impulsar el reciclaje (minería urbana): hoy no supera el 1% del total. Europa va en esa línea y España ha puesto sobre la mesa su Plan de Acción de Materias Primas Minerales 2025–2029. Aun así, harán falta proyectos mineros y, sobre todo, capacidad de separación y refino fuera de China.
Mitos y curiosidades: ni «tierras» ni tan «raras»
El nombre induce a error. No son «tierras» en el sentido coloquial, sino metales cuyos óxidos se conocieron primero. Tampoco son tan «raras» en abundancia: el cerio, por ejemplo, figura entre los 25 elementos más comunes en la corteza. Lo que sí es raro –y radiactivo– es el prometio, prácticamente ausente de forma natural.
Su química es cautivadora: las transiciones f–f colorean iones y vidrios, y su «inmunidad» a cambios de entorno hace que el color de, por ejemplo, Eu3+ o Nd3+ sea muy reproducible sin importar el compuesto. Esta estabilidad espectroscópica explica su éxito en láseres, fósforos y estándares de calibración.
Como curiosidad histórica, Ytterby es el «pueblecito de los cuatro elementos»: itrio, terbio, erbio e iterbio (y su eco en docenas de minerales y óxidos). También es paradójico que nombres como holmio (por «Holmia», Estocolmo) o lutecio (por Lutecia/París) recuerden que la ciencia es, a menudo, una aventura humana y geográfica tanto como química.
Para cerrar el círculo tecnológico, los imanes Nd–Fe–B son más baratos y potentes que los de samario–cobalto en muchos usos, y por eso dominan en auriculares, discos duros y sensores; el didimio (mezcla de Pr y Nd) colorea vidrios y protege la vista en gafas de soldador, y los cristales dopados con Nd son protagonistas de la fotónica moderna.
Mirado con perspectiva, todo este recorrido –de la mineralogía del XVIII a la economía crítica del XXI– muestra por qué dependemos tanto de estos metales discretos. Su combinación de propiedades magnéticas, ópticas y catalíticas no tiene sustituto fácil, y por eso su cadena de valor, del yacimiento al reciclaje, merece tanta atención.
La idea clave que conviene tener presente es que el valor estratégico de las tierras raras no radica en su mera abundancia, sino en su concentración geográfica, el dominio del refino y la dificultad técnica de separarlas. De ahí que, para reforzar la resiliencia, necesitemos a la vez nuevos proyectos responsables, capacidad de procesado local, más reciclaje y diseños que usen menos material sin perder prestaciones.