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Jun 03, 2023

Estados Unidos comienza a forjar una cadena de suministro de tierras raras

DEPARTAMENTO DE DEFENSA Foto de materiales MP Esta es la parte 4 de un informe especial de 5 partes sobre la salud de la base industrial de defensa. Haga clic aquí para descargar el informe completo de Signos Vitales 2023. PUERTO DE MONTAÑA,

DEPARTAMENTO DE DEFENSA

Foto de materiales MP

Esta es la cuarta parte de un informe especial de cinco partes sobre la salud de la base industrial de defensa. Haga clic aquí para descargar el informe completo de Signos Vitales 2023.PASO DE MONTAÑA, California— Desde el teléfono inteligente que lleva en el bolsillo hasta los imanes que alimentan un número cada vez mayor de vehículos eléctricos en la carretera, los elementos de tierras raras son los componentes fundamentales de algunas de las tecnologías más utilizadas en la actualidad.

Pero durante las últimas tres décadas, Beijing ha mantenido un control férreo sobre la cadena de suministro mundial de elementos de tierras raras, de modo que casi todos los materiales, sin importar en qué parte del mundo se extraigan, viajan a China para ser refinados antes de que puedan usarse en tecnologías. .

Actualmente, el país controla casi el 60 por ciento de las operaciones mineras de tierras raras, más del 85 por ciento de la capacidad de procesamiento y más del 90 por ciento de la producción de imanes permanentes, según el Departamento de Comercio de Estados Unidos.

Es un tema que plantea una vulnerabilidad dentro de la cadena de suministro de Estados Unidos y plantea riesgos potenciales para la seguridad nacional, considerando las tensas relaciones de Washington con Beijing. A medida que se prevé que las señales de demanda de tecnologías que dependen de estos elementos se disparen, tanto la industria como el gobierno están invirtiendo en métodos que apuntan a asegurar una cadena de suministro nacional de tierras raras.

A pesar de estar etiquetados como “raros”, los 17 elementos diferentes conocidos como tierras raras son relativamente abundantes en la corteza terrestre. La administración Biden los considera uno de los materiales y minerales estratégicos y críticos para su uso en varias tecnologías comerciales y de defensa modernas, incluidos teléfonos inteligentes, equipos médicos e imanes altamente especializados utilizados en vehículos eléctricos, aviones de combate y drones.

Pero dado que las propiedades químicas de los elementos de tierras raras son casi indistinguibles entre sí, separarlos y refinarlos individualmente para que puedan usarse para fabricar imanes y otras tecnologías es un proceso complejo, dijo Linda Chrisey, directora de programas de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa. .

“Dos elementos diferentes de tierras raras pueden tener fracciones de angstrom de diferente diámetro, lo que significa que es muy difícil separarlos por medios físicos. Los procesos que se utilizan ahora... pueden constar de 100 pasos”, dijo Chrisey, señalando también que el procedimiento puede ser muy costoso y peligroso para el medio ambiente debido a los productos químicos utilizados para separar y purificar los metales.

"Todas estas son razones por las que ha sido difícil sostener ese tipo de operación en Estados Unidos", añadió.

Sin embargo, en la cima de una montaña en el desierto de Mojave, en la mina de tierras raras más grande de Estados Unidos, MP Materials está tratando de revertir esa tendencia.

Con la escala y la capacidad de sus instalaciones, MP Materials está tratando de convertirse en un "campeón magnético" en el hemisferio occidental, dijo Matt Sloustcher, vicepresidente senior de comunicaciones y políticas de MP Materials.

"Lo que estamos tratando de hacer es construir una cadena de suministro magnética completa y queremos poder fabricar todos los materiales necesarios y reciclar los materiales necesarios para tener esa cadena de suministro magnética", dijo.

Desde que adquirió la mina Mountain Pass en 2017, MP Materials ha revitalizado la producción de elementos de tierras raras del sitio y produce una mezcla de concentrado de tierras raras que aporta alrededor del 15 por ciento de los minerales de tierras raras consumidos cada año, según el Servicio Geológico de Estados Unidos.

Y pronto, MP Materials ya no tendrá que enviar esta mezcla al extranjero, a China, para el largo proceso de separación y refinación de los elementos de tierras raras. Después de dos años de construcción, la compañía anunció en noviembre que está a punto de abrir la primera instalación de refinamiento de tierras raras en los Estados Unidos en las instalaciones de Mountain Pass.

Primero debe poner en marcha activos para la nueva instalación para la segunda etapa de producción, que es un proceso de prueba de estrés del equipo de la instalación para garantizar que esté funcionando al ritmo para el que fue diseñado, dijo Sloustcher durante un recorrido por la construcción en curso en el Mina de paso de montaña. El procedimiento se desarrollará a lo largo de 2023, añadió.

"Estamos a meses de producir productos refinados", dijo. "Es realmente emocionante."

La segunda etapa de producción inicia con un proceso de secado, tostación, lixiviación y purificación de la mezcla de concentrado de tierras raras, explicó. Luego, las tierras raras se introducen en uno de varios tanques imponentes ubicados en un edificio más largo que un campo de fútbol americano. En estas cubas, un proceso de extracción con solventes separa la mezcla en óxidos de tierras raras individuales, dijo.

Aunque es sólo una instalación de refinamiento que compite con varias en China, su apertura marca un paso crucial en el esfuerzo de Estados Unidos para abordar su vulnerable cadena de suministro de tierras raras. En 2020, el Departamento de Defensa invirtió 10 millones de dólares en el proyecto de 200 millones de dólares, según un comunicado de prensa del Pentágono.

MP Materials se centrará en refinar un compuesto de neodimio y praseodimio (uno de los materiales más comunes utilizados para fabricar imanes de tierras raras), así como lantano y cerio, señaló Sloustcher. Estos elementos se clasifican como “tierras raras ligeras”. El gobierno también está impulsando la producción nacional de “tierras raras pesadas”, que son más difíciles de refinar pero que también se utilizan para fabricar imanes más especializados. Por ejemplo, se necesitan terbio y disprosio, tierras raras pesadas, para fabricar imanes permanentes de tierras raras que puedan funcionar a altas temperaturas, mientras que el samario se utiliza para producir imanes de samario-cobalto que se encuentran en aplicaciones aeroespaciales y de defensa.

"Si no se separan las tierras raras a nivel nacional, hay un punto de falla en la cadena de suministro de imanes", dijo.

El Departamento de Defensa otorgó a MP Materials un contrato de 35 millones de dólares en febrero de 2022 para construir una instalación diseñada específicamente para procesar elementos pesados ​​de tierras raras en la mina Mountain Pass. Sloustcher dijo que las tierras raras pesadas se refinarán en un edificio diferente y agregó que el proyecto apenas comienza.

Para domesticar completamente la cadena de suministro de imanes, MP Materials también comenzó la construcción de la primera fábrica de imanes de tierras raras de Estados Unidos en abril de 2022. Ubicada en Fort Worth, Texas, la instalación podrá producir anualmente alrededor de 1000 toneladas de neodimio-hierro. Imanes de boro de elementos de tierras raras extraídos y refinados en las instalaciones de Mountain Pass, según la empresa.

Dado que el mercado de defensa representa sólo una fracción de la demanda total de tierras raras de Estados Unidos (alrededor del cinco por ciento), la compañía busca abordar primero las necesidades dentro de la industria comercial, señaló Sloustcher.

Se prevé que las señales de demanda de tierras raras aumenten a medida que el mundo se electrifique con máquinas que requieren imanes de tierras raras altamente especializados.

Según un informe de la firma de investigación independiente Adamas Intelligence, se prevé que la demanda mundial de óxidos de tierras raras se triplique de 15 mil millones de dólares en 2022 a 46 mil millones de dólares en 2035.

"El mundo se está electrificando en todos los frentes posibles: vehículos eléctricos, turbinas eólicas, drones, robots, todo", dijo Sloustcher. "Así que el panorama de la demanda es muy brillante y la oferta simplemente no está ahí en relación con lo que la mayoría de los analistas proyectan que producirá la demanda".

MP Materials ya firmó un acuerdo con General Motors para producir aleaciones e imanes de tierras raras para los programas de vehículos eléctricos del fabricante de automóviles a partir de finales de 2023, dijo.

"La demanda de defensa por sí sola no puede ni siquiera soportar una instalación magnética de tamaño modesto", dijo Sloustcher. "Queremos ser capaces de levantarnos y poder abastecer a GM y otras empresas... y si logramos hacerlo, la demanda de defensa podrá satisfacerse".

Mientras tanto, Chrisey y su equipo en DARPA están investigando formas de asegurar una cadena de suministro nacional de tierras raras utilizando un tipo diferente de método: la biominería.

El programa Environmental Microbes as a BioEngineering Resource, o EMBER, es una iniciativa de DARPA para utilizar técnicas de ingeniería microbiana y biomolecular para separar y purificar mezclas de tierras raras como las producidas en la mina Mountain Pass, dijo Chrisey. El programa se inspiró en microbios que vivían en ambientes volcánicos hostiles y que utilizaban elementos de tierras raras para sobrevivir, dijo.

"Debido a que estuvieron expuestos a estos ambientes extremos, utilizaron tierras raras como cofactores para enzimas y desarrollaron sistemas de transporte para recoger los elementos del ambiente, llevarlos a la célula y almacenarlos hasta que fueran necesarios". Ella explicó. "Tal vez podamos descubrir cómo las células hacen esto y explotarlo para nuestros propósitos".

EMBER utilizará la biominería para imitar este fenómeno natural. La técnica utiliza microbios para ayudar a descomponer o separar un elemento de interés de una mezcla más grande, explicó Chrisey. El proceso no está completamente desarrollado para las tierras raras debido a la "poca especificidad y selectividad de los microbios" para los elementos, dijo la agencia.

En octubre, el programa anunció que había seleccionado equipos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el Battelle Memorial Institute y la Universidad Estatal de San Diego para participar en la fase uno del programa de cuatro años.

Cada equipo tomará un material de origen diferente que contenga al menos ocho elementos de tierras raras diferentes, separando y refinando cada elemento entre sí utilizando diferentes microbios y técnicas de biominería, dijo Chrisey. Los tres grupos están utilizando una combinación única de material de origen, microbios y biominería, añadió.

Por ejemplo, dos equipos comienzan con fuentes minerales que pueden procesarse parcialmente a partir de minerales extraídos del suelo, mientras que el tercero analiza los desechos mineros. Y mientras un grupo se centra en los microbios porque se encuentran naturalmente en ambientes extremos, otro equipo está utilizando una clase de microbios que crecen en metano y se alimentan de gases de efecto invernadero.

"Estamos pensando en muchos niveles diferentes y en cómo la biología podría dar una ventaja en este proceso general", dijo.

Se espera que la primera fase de EMBER concluya alrededor de enero de 2024, después de lo cual DARPA tomará una decisión sobre si continúa o no con la segunda fase, dijo Chrisey. Si es así, la siguiente fase se centrará en mejorar la eficiencia y la escala de la separación de tierras raras de las rocas generadoras, y luego la tercera fase terminará con una demostración de biominería de tierras raras a escala piloto.

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La última vez que intentamos esto, el predecesor de MP fue arruinado por los chinos, quienes simplemente bajaron los precios de las tierras raras. Ojalá dejemos que eso vuelva a suceder.

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