Si la importancia de las tierras raras en la industria tecnológica ya es casi legendaria, otros dos elementos, el niobio y el tántalo, son menos conocidos pero igualmente fundamentales.Estos dos metales son claves en la producción de smartphones, ordenadores y en la industria aeroespacial. Por esta razón, el anuncio del CSIC de haber desarrollado un procedimiento para obtener niobio y tántalo de una mina de Penouta, en Ourense (Galicia), ha suscitado tanto interés.
Durante años los químicos han debatido si el columbio era un elemento único o una mezcla de dos elementos. En 1846, el alemán Heinrich Rose demostró que se trataba de dos elementos diferentes: niobio y tántalo. El tántalo es un metal gris brillante que fue descubierto en 1802 por A.G. Ekeberg. Como no se disuelve en ácidos, el químico decidió llamarlo como el legendario Tántalo, condenado a la tortura eterna de no poder beber el agua que lo rodea.
El niobio es un metal gris plateado dúctil y maleable. Nunca se encuentra libre en la naturaleza, sino en forma de óxidos en asociación con otros minerales y siempre acompañado de pequeñas cantidades de tántalo. Por esta razón, su nombre proviene de la figura mitológica Niobe, la hija de Tántalo. El tántalo se encuentra principalmente en la tantalita y a menudo mezclado con columbita en un mineral llamado columbita-tantalita, más conocido como coltán.
Qué son niobio y tántalo
Tanto el niobio como el tántalo son elementos bastante raros en nuestro planeta. Debido a su parecido, el tántalo siempre contiene niobio y viceversa. Las minas más importantes se encuentran en Canadá, Australia, Rusia, China, Brasil, Alaska, República Democrática del Congo, Mozambique, Nigeria y Tailandia.
Todos usamos niobio y tántalo cuando volamos, hacemos una llamada telefónica o nos subimos a nuestro coche. De hecho, estos metales se emplean en dispositivos electrónicos, vidrio resistente al calor y convertidores catalíticos para vehículos. En el campo de la medicina se utilizan en la producción de instrumentos quirúrgicos resistentes a la corrosión y para prótesis. Son materiales bio inertes y capaces de formar un enlace directo con el tejido óseo.
El tántalo no es magnético, es resistente al calor y a la corrosión, es aislante y puede contener cargas eléctricas. Y esto es lo que lo hace tan importante. Los aisladores que pueden contener cargas eléctricas se denominan dieléctricos. Estos materiales son la parte esencial de los condensadores, los componentes fundamentales de todos los circuitos electrónicos que podemos encontrar en ordenadores o móviles. Sin tántalo no sería posible la miniaturización.
Niobio y tántalo también se usan para fortalecer los aceros. Las aleaciones de niobio-titanio y niobio-estaño se utilizan como cables para magnetos superconductores capaces de producir campos magnéticos enormemente fuertes. La de Ourense es la única mina existente en toda Europa.
Félix Antonio López, coordinador del proyecto ‘ESTANNIO’
Félix Antonio López, investigador del CSIC en el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM), es el coordinador del proyecto ESTANNIO, dedicado a la explotación de estos materiales en la mina gallega. “Hay que aclarar que no hemos descubierto un yacimiento, estos son minerales que existen en un yacimiento que ya está siendo explotado. En colaboración con la empresa explotadora hemos desarrollado un proceso que permite la obtención, por una parte, de estaño mecánico y, por otra, de óxido de niobio y tántalo, que son los precursores de productos empleados en electrónica de alto valor añadido”, explica el científico.
La mina de Ourense ha sido muy explotada a lo largo de los años. En consecuencia, ha generado una gran cantidad de residuos. Precisamente en las escorias del estaño se encuentran estos minerales. “La tecnología tampoco es nueva», aclara López, «pero nosotros la hemos adaptado a las características únicas de este yacimiento. Esta explotación es muy antigua, ya la usaban los romanos, pero en el pasado no se conocía la presencia de niobio y tántalo o no se sabía cómo recuperarlos”.
La mineralización que existe en esta mina, sigue el doctor López, “es de columbo-tantalita (coltán) junto con otros minerales y casiterita. La presencia de casiterita es lo que hace que este yacimiento sea distinto de otros en el mundo y es lo que ha motivado que intentáramos innovar el proceso. Ya que la metalurgia tradicional del estaño no valía en este caso”. Dado que niobio y tántalo están siempre presentes juntos, deben separarse para la recuperación de los metales puros. Una operación bastante complicada.
En búsqueda de tierras raras
“Niobio y tántalo son elementos con mucha afinidad química y su separación selectiva es complicada. Tenemos que separar primero el estaño y después aplicar un proceso para obtener sales comerciales tanto de niobio como de tántalo. Y hacerlo además con rendimientos y purezas atractivas para su explotación comercial”, señala López.
En este caso, los científicos lograron niveles de pureza muy altos, algo imposible de conseguir con los métodos utilizados hasta ahora. Como explica el investigador, “conseguimos lingotes de estaño con una pureza del 95%. En esta etapa obtenemos también una escoria que diseñamos para que sea fácilmente soluble. A partir de esta escoria conseguimos separar los óxidos de niobio y tántalo con una calidad comercial de hasta un 97% y un 99%, respectivamente”.
La mina de Ourense podría contener varios millones de toneladas de estos materiales. Una perspectiva muy interesante, ya que su explotación podría reducir la dependencia de Europa de otros productores. De hecho, la Unión Europea financia varios programas para la búsqueda de materiales estratégicos como niobio y tántalo. “El precio de estos metales es muy alto por las muchas aplicaciones que tienen en industrias tales como la electrónica. Por tanto, estamos ante un comienzo de algo que puede ser un desarrollo industrial a corto medio plazo”, asegura López.
No en vano, el próximo desafío será el de encontrar también las famosas tierras raras. En realidad, no se trata de encontrarlas, de hecho, como aclara el doctor López, “ya sabemos que en este yacimiento hay tierras raras, lo que estamos estudiando ahora es si su recuperación es tecnicamente y economicamente viable, algo que luego tendrá que valorar la empresa privada”.
En Nobbot | Hormigón autorreparable y seda de grafeno: así es la nueva industria de los materiales inteligentes
Imágenes | Hi Res/Wikimedia, Art-top/Wikimedia, Cenim, Peggy Greb, US department of agriculture/Wikipedia