Crece el atractivo de las arcillas iónicas

En la búsqueda de tierras raras (REE, por sus siglas en inglés) que se ha desatado en los últimos años, surge un target más por explorar: las arcillas iónicas. Pero, ¿qué hace a las arcillas iónicas tan atractivas hoy en día?

Su atractivo principal es la adsorción iónica, gracias a su estructura y propiedades físico químicas únicas, particularmente su capacidad de intercambio catónico y su considerable superficie específica.

Las arcillas iónicas tienen una estructura en capas con cargas eléctricas negativas en su superficie, lo que les permite intercambiar iones con el medio que les rodea. Esta característica hace posible que atrapen metales pesados; liberen lentamente nutrientes o minerales y capturen toxinas o bacterias.

En el caso específico de las tierras raras, estas se encuentran en forma iónica, no cristalizadas y son adsorbidas en las superficies de las partículas de arcilla.

Las arcillas iónicas son llamadas también arcillas ferruginosas (arcillas ricas en hierro), puesto que cuentan con altos contenidos óxidos de hierro, que les da un color característico entre rojo marrón, amarillo o púrpura.

Cabe señalar que tradicionalmente el uso de las arcillas iónicas, antes del interés mundial por las tierras raras, era (y se sigue usando) para emplearlas en cerámica y alfarería, utilizándolas como un pigmento natural que brinda colores cálidos a las piezas cocidas; en la construcción,  básicamente en la elaboración de adobes, ladrillos y revestimientos; en cosmética y salud, usándose como mascarillas y tratamientos corporales para desintoxicar y remineralizar; también como pigmentos y tintes resultando colores ocres, rojos y marrones; y en la agricultura, como mejorador de suelos y retenedor de nutrientes en suelos degradados.

¿Cuál es el origen de estas arcillas intercambiadoras de iones?

Su formación está asociada a procesos de meteorización química de las rocas que contienen hierro, procesos como: la descomposición de rocas ígneas o metamórficas ricas en hierro; la oxidación de hierro en ambientes húmedos y cálidos; y la acumulación de óxidos de hierro en suelos latenticos o tropicales.

Estos procesos ocurren principalmente en territorios en climas tropicales o subtropicales, donde la constante presencia de la lluvia y temperaturas cálidas aceleran la alteración química.

El fenómeno de la adsorción iónica

La adsorción en arcillas iónicas se presenta gracias a la estructura y propiedades fisicoquímicas únicas que tienen, principalmente su capacidad de intercambio catónico.

Por ejemplo, la Montmorillonita o Bentonita están formadas por láminas de silicatos de aluminio y magnesio, que tienen una carga neta negativa debido a situaciones isomóficas, por ejemplo el AI 3+, reemplazado al Si +4.

Como resultado, estas cargas negativas deben ser compensadas por cationes (iones positivos) que se adhieren a la superficie y a los espacios interlaminares.

Por otro lado, la presencia de cationes intercambiables como: Na+, Ca 2+, Mg 2+, K+, entre otros; están débilmente unidos a la superficie de la arcilla, lo que permite ser reemplazados por otros cationes del entorno presentes en los metales pesados y en los iones de tierras raras como el Nd3+, Y3+ y Dy3+.

Finalmente, el proceso de adsorción iónica se da cuando la arcilla entra en contacto con una solución acuosa y los iones presentes en el líquido compiten con los cationes que ya están en la superficie de la arcilla, dándose de esta manera el intercambio iónico en el que los iones más afines (por carga, tamaño o concentración) son adsorbidos en la superficie de la arcilla y los iones que ya estaban en la arcilla son liberados al medio.

Importante señalar que este proceso es reversible y depende del ph, la temperatura y la concentración iónica del medio.

Tierras raras en arcillas iónicas

Las tierras raras extraídas de arcillas iónicas comúnmente las tierras raras pesadas son las que se suelen encontrar en arcillas iónicas, también las (LREE) tierras raras ligeras, aunque en menor cantidad.

Las tierras raras pesadas son: Disprosio (Dy), terbio (tb), erbio (Er), holmio (o), tulio (Tum), iterbio (Yb) lutecio (Lu), y el itrio (Y) que se ha clasificado como tierra rara sin ser lantánido, por su comportamiento químico.

Los elementos como el disprosio y el terbio son cruciales para iones permanentes de alto rendimiento que se utilizan en los vehículos eléctricos, turbinas eólicas y otros dispositivos electrónicos de gran de manda en tiempos actuales de las energías limpias, de ahí su gran importancia económica, situación que ha motivado fuertemente el interés por este tipo de depósitos.

El caso de la Mina Sierra Verde

Cabe destacar en este artículo el caso de la mina Sierra Verde en Brasil, donde se extraen tierras raras de arcillas iónicas, lo que la convierte en una de las pocas minas fuera de Asia que lo hacen.

Sierra Verde se encuentra en el estado de Goiás, Brasil e inició su producción de 5,000 toneladas al año, de las 4 tierras raras críticas utilizadas en la producción de          imanes permanentes, con la ventaja de que su arcilla iónica no requiere trituración, lo que simplifica el proceso de extracción y procesamiento.

Se espera que la mina produzca una combinación de tierras raras (REE) pesadas y ligeras de alto valor, incluyendo neodimio (Nd), praseodimio (Pr), terbio (Tb) y disprosio (Dy), que son cruciales para la fabricación de imanes permanentes de alta eficiencia, utilizados en motores de vehículos eléctricos y generadores de turbinas eólicas.

Sierra Verde ha iniciado esfuerzos para mejorar la capacidad de la Fase I en el yacimiento Pela Ema en Minac, Goiás, mediante la optimización de la planta. Además, la compañía está evaluando el potencial para una expansión de la fase II, que potencialmente podría duplicar la producción total antes del 2030.

La mina de Sierra Verde es una alternativa a China, que actualmente domina la producción mundial de tierras raras.

Fuente: Mundo Minero