Les terres rares són un conjunt de disset elements químics metàl·lics amb propietats semblants que inclou els quinze elements de la sèrie dels lantanoides (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb i Lu) així com l'escandi i l'itri del grup 3 de la taula periòdica. Són algunes de les primeres matèries estratègiques en l'economia mundial.
Es van descobrir al llarg del , però no va ser fins al Projecte Manhattan, a la dècada de 1940, que se'ls va poder purificar industrialment. A la dècada de 1970 l'itri va trobar una aplicació massiva en la fabricació de fosforòfors dels tubs de raigs catòdics emprats en les pantalles dels televisors en color. A poc a poc es van fer indispensables principalment en tres àmbits: l'electrònica de consum; la indústria armamentística, en especial els sistemes de comunicació adherits a míssils i a drons, i el sector de l'energia neta, ja que formen part dels potents imants que s'usen en els motors dels cotxes híbrids o en els aerogeneradors.
Alguns d'aquests metalls són, al contrari del que suggereix el nom, força abundants a l'escorça terrestre, però no es troben en grans acumulacions sinó que estan dispersos i combinats amb altres elements: a la mina xinesa més rica, cal extraure 1.000 kg de mineral brut per a obtenir 60 kg de metalls rars. L'abundància del ceri és, per exemple, d'unes 48 parts per milió (ppm), mentre que la de tuli i luteci és de només 0,5 ppm. En la seva forma elemental, les terres rares tenen un aspecte metàl·lic i són bastant tendres, mal·leables i dúctils. Aquests elements són químicament molt reactius, especialment a altes temperatures o quan es molen.
Primeres descobertes i denominació
miniatura|Mina d'Ytterby miniatura|Mineral de terres rares El 1787, un mineralogista amateur, el tinent d'artilleria de l'exèrcit suec Carl Axel Arrhenius, va visitar les pedreres de feldespat d'Ytterby i va descobrir un mineral negre que va anomenar «yterbita». En va identificar un nou òxid del qual es va obtenir l'itri. El 1803, el ceri va ser identificat independentment a Alemanya per Martin Heinrich Klaproth i a Suècia per Jöns Jacob Berzelius i Wilhelm Hisinger. Cerium - Royal Society of Chemistry. El nom de terres rares prové del fet que en el moment del seu descobriment els òxids resistents al foc s'anomenaven terres.
Z Símbol Nom Etimologia AplicacióAlain Lévêque et Patrick Maestro, Techniques de l'ingénieur, Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique, Terres rares, réf. J6630, 1993. Terres rares, Société chimique de France, 2011.C. R. Hammond, "Section 4; The Elements", in CRC Handbook of Chemistry and Physics, (Internet Version 2009), David R. Lide, ed., CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL. Rare earth metals, 2012. 21 Scescandi Del llatí Escandia (Escandinàvia).Aliatges lleugers d'alumini-escandi: aeronàutica militar; additiu (ScI 2) en làmpades d'halurs metàl·lics; Sc: traçador radioactiu a les refineries. 39 Yitri Del poble d'Ytterby, Suècia, on es va descobrir el primer mineral de terres rares. Làsers: Granat d'itri-alumini dopat de lantanoides (YAG) (Nd, Ho, Er, Tm, Yb); vanadat YVO₄ dopat amb l'Eu: fòsfors vermells (TV); dopat amb Nd: làser; dopat amb Ce3+: LED GaN; bombetes fluorescents compactes; òxid mixt de bari, coure i itri (YBCO): superconductors a alta temperatura; zirconi estabilitzat per l'itri (YSZ): ceràmica conductora refractària; granat de ferro i itri (YIG): filtres de microones; bugies; I: tractament del càncer. 57 Lalantà Del grec λανθάνειν, "ocult".Bateries d'hidrur níquel-metall; vidres d'alt índex de refracció i baixa dispersió; làser (YLaF); vidres fluorats; emmagatzematge d'hidrogen. 58 Ceceri Del planeta nan Ceres, nomenat després de la deessa romana de l'agricultura.Agent químic oxidant; pols de poliment per vidre (); colorant groc de vidres i ceràmica; decoloració de vidre; catalitzadors: recobriments auto-netejables; YAG dopat amb Ce: fosforòfor groc i verd per a díodes emissors llum; mànegues incandescents per enllumenat. 59 Prpraseodimi Del grec πράσινος, "verd pàl·lid", i δίδυμος, "bessó".Imants permanents (aliatges de Nd); amplificadors de fibra; colorants de vidres (verd) i ceràmiques (groc); vidres de soldador (aliatges amb Nd). 60 Ndneodimi Del grec νεο-, "nou" i δίδυμος, "bessó".Imants permanents (aerogeneradors, petites centrals hidroelèctriques, cotxes híbrids); làsers YAG; tenyit violeta de vidres i ceràmica; condensadors ceràmics; ulleres de soldar (aliatges de Pr). 61 PmprometiTità Prometeu, que va provocar foc als mortals. Aplicacions potencials de Pm: pintures lluminoses, bateries nuclears, font d'energia per a sonda espacial. 62 Smsamari De l'enginyer miner rus Vasily Samarsky-Bykhovets. Imants permanents (SmCo₅); làsers de raigs X; Greg Tallents, X-Ray lasers GL/L11809, University of York, Physics. catalitzadors; captura de neutrons; mestres; Sm: radioteràpia. 63 Eueuropi Continent europeu. Llumins de color vermell (Eu3+) i blau (Eu2+): làmpades fluorescents compactes, pantalles de raigs X intensificades, TV; làser; criptes: sondes biològiques mitjançant transferència d'energia entre molècules fluorescents; barres de control (reactors nuclears). 64 GdgadoliniJohan Gadolin, descobridor de l'iitri el 1794.Làsers; captura de neutrons: reactors nuclears; IRM agent de contrast; Pharmacorama, Gadolinium et IRM. fosforòfors verds; intensificació de pantalles de rajos X; additiu d'acers. 65 Tbterbi Del poble d'Ytterby, Suècia. Fosforòfors verds: làmpades fluorescents compactes, pantalles de raigs X intensificades, TV; làser; criptes (vegeu Eu); Terfenol-D (Tb0,3Dy0,7Fe1,9): magnetostricció, transductors. 66 Didisprosi Del grec δυσπρόσιτος, "difícil d'obtenir".Imants permanents; làmpades d'halurs metàl·lics; discs durs; làser; Terfenol-D. 67 Hoholmi Del llatí Holmia, forma llatinitzada d'Estocolm.Làsers quirúrgics per infrarojos; colorant de vidres de color rosa; calibració estàndard en espectrofotometria; mants permanents. 68 Ererbi Del poble d'Ytterby, Suècia.Làsers per infrarojos (odontologia); amplificadors de fibra òptica; tint rosat de vidres i ceràmica. 69 Tmtuli De la terra mitològica del nord, Tule. Fòsfors blaus per a pantalles d'intensificació de raigs X; superconductors d'alta temperatura; làsers YAG d'infrarojos;Tm: braquiteràpia, radiografia portàtil. 70 Ybiterbi Del poble d'Ytterby, Suècia.Làsers d'infrarojos propers; rellotge atòmic; acer inoxidable;Yb: radiografia portàtil. 71 LuluteciLutècia, antic nom de París. Detectors de tomografia per emissió de positrons; Tantalat LuTaO₄ amfitrió de fosforòfors per electrons i raigs X. La producció no és simple, atès que les terres rares tenen propietats químiques molt similars. I un mateix mineral pot contenir fins a setze elements diferents amb aplicacions i usos molt diferents. La separació és un procés molt costós. A principi del segle , Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran o Georges Urbain van desenvolupar tècniques de separació per cristal·lització fraccionada.Robert Courrier, Notice sur la vie et les travaux de Georges Urbain , Académie des sciences, 11 décembre 1972 (voir archive). Per a la investigació, Urbain va fundar un laboratori de terres rares als anys de 1930 a l'Escola Nacional de Química de París. En la indústria, la primera empresa química sobre terres rares, una planta de tractament de monazites a Serquigny, va ser fundada el 1919 per Georges Urbain amb el suport financer del grup Worms.Archives, Worms & Cie. Aquesta fàbrica va ser destruïda per bombardejos durant la Segona Guerra Mundial.Jean-Marie Michel, Contribution à l'histoire industrielle des polymères en France , Société chimique de France. El 1948, Rare Earths va establir una instal·lació a La Rochelle que es va convertir en la planta Rhodia-Rare Earths.
Estat natural L'explotació comercial d'aquests element és complicada perquè els minerals estan dispersos i a baixa concentració. Tanmateix només són relativament rars, per comparació al volum d'altres minerals. No obstant això, a causa de les seves propietats geoquímiques, es distribueixen de manera molt desigual a la superfície de la Terra, sovint per sota concentracions que fan l'extracció econòmicament viable.miniatura|Monazita-(Ce) Uns pocs minerals representen la majoria de les reserves de terres rares del món: la
els minerals del grup de la bastnäsita, principalment a la Xina i als Estats Units; els minerals del grup de la monazita, principalment a Austràlia, el Brasil, la Xina, l'Índia, Malàisia, Sud-àfrica, Sri Lanka, Tailàndia i els Estats Units.
miniatura|Xenotima-(Y) Els minerals següents a vegades en contenen prou com a elements menors o en minerals relacionats:
apatita ; cheralita ; eudialita ; loparita ; fosforits ; xenotima ; torita ; argiles de terres rares (adsorció iònica); monazita secundària; alliberaments de solucions d'urani.
Dipòsits i producció Utilitzades durant molt de temps en pedres més lleugeres, les terres rares són difícils d'extreure i es va haver d'esperar que es produïssin en gran quantitat en el projecte Manhattan, segons el químic canadenc Frank Spedding, que va desenvolupar tècniques de bescanvi iònic sobre resines que produeixen terres rares en forma pura.
Per raó dels seus múltiples usos, sovint en zones d'alta tecnologia estratègicament importants, les terres rares estan sotmeses a informes estatals limitats, de manera que les estadístiques macroeconòmiques es mantenen al mínim. El 2018, les reserves mundials d'òxids de terres rares van ser estimades pel Servei Geològic dels Estats Units en 120 milions de tones, un 37 % propietat de la Xina, per davant del Brasil (18 %), el Vietnam (18 %), Rússia (10 %), l'Índia (6 %), Austràlia (2,8 %) i els Estats Units (1,2 %). USGS Minerals – « Rare Earths » , Institut d'études géologiques des États-Unis, février 2019. La Xina estima que conté el 30 % de les reserves del món, tot i que proporciona el 90 % de les necessitats de la indústria i estudia les tècniques del seu reciclatge en residus electrònics. La producció mundial d'òxids de terres rares procedents de la Xina va ascendir a unes 120.000 tones el 2018 en una producció mundial de 170.000 tones, més del 70 % del total mundial; Austràlia, el segon major productor, va extreure només 20.000 tones (12 %), els Estats Units 15.000 tones (9 %), Myanmar 5.000 tones (3 %), Rússia 2.600 tones (1'5 %).miniatura|La Mina Gran a l'Amazonia El juliol de 2011, científics japonesos van anunciar que havien trobat una nova reserva a les aigües internacionals del Pacífic (1.850 quilòmetres al sud-est de Tòquio), cosa que podria elevar el nivell de reserva actual fins a uns cent milions de tones, repartides en 78 llocs a profunditats de 3.500 per 6.000 metres. Tot i que aquest descobriment és interessant, atesa la creixent demanda d'aquests materials, l'extracció comporta problemes ambientals importants i només podria començar cap al 2023.
El 2015 es va fer un estudi preliminar per a avaluar el potencial d'extreure terres rares dels residus sòlids de la producció de hidrogenfosfat de calci d'Ercrós a Flix (Ribera d'Ebre). S'han trobat concentracions mitjanes de 6,7 g/kg de residu (6 744 ppm), que és relativament poc en comparació amb la concentració més alta trobada a la mina xinesa de Bayan Obo (60 g/kg), però respectable en comparació amb els 1,35 g/kg en residu de fosfoguix o de 7,3 g d'un mineral sud-africà. L'avantatge és que surt d'un residu industrial, per la qual cosa no hi ha el cost de l'extracció d'un mineral verge. Amb una producció mitjana de 23 100 de tones de residus secs, això representa un potencial teòric 3,4 tones de terres rares.
Hegemonia de la producció xinesa miniatura|Distribució de la producció mundial de terres rares de 1950 a 2000. |300x300px