Las minas de fosfato de Florida podrían ser una fuente importante de elementos de tierras raras

CONDADO DE POLK, Fla. – La tabla periódica que tal vez recuerde de la clase de química tenía dos filas adicionales de elementos debajo de la tabla principal. En la fila superior agregada se encuentran elementos de tierras raras, metales críticos en tecnologías cotidianas como teléfonos celulares y televisores de pantalla plana. Su demanda global se ha disparado para su uso en tecnologías de energía renovable como paneles solares y vehículos eléctricos.

Las llamadas "tierras raras", metales con nombres como itrio y escandio, en realidad no son tan raros. La mayoría son más abundantes que la plata, el oro y el platino. Se encuentran en pequeñas concentraciones, en lugar de grandes almacenes naturales.

Estados Unidos actualmente importa más del 80% de sus elementos de tierras raras de proveedores extranjeros. Una evaluación reciente de la cadena de suministro federal encontró una "dependencia excesiva de fuentes extranjeras y naciones adversarias". A través de la política y la Ley de Infraestructura Bipartidista, la Administración Biden ha presionado para construir el suministro estadounidense de minerales críticos necesarios para la transición de energía limpia, incluidas las tierras raras.

En medio de este esfuerzo por expandir las fuentes nacionales, algunos investigadores afirman que los depósitos de fosfato de Florida, explotados por la industria de fertilizantes durante más de un siglo, podrían tener una segunda vida como un importante proveedor de minerales de tierras raras.

"Podríamos satisfacer casi el 50% de la demanda estadounidense de muchos de los elementos críticos de tierras raras de Florida", dijo Chunhong "Patrick" Zhang, director de investigación de minería y beneficio en el Instituto de Investigación Industrial y de Fosfatos de Florida (FIPR) en Lakeland.

El Dr. Patrick Zhang, director de investigación de beneficio y minería de fosfatos en el Instituto de Investigación Industrial y de Fosfatos de Florida, parte de la Universidad Politécnica de Florida, muestra una solución que contiene minerales de tierras raras en el laboratorio del instituto.

Pero quedan grandes interrogantes sobre quién financiaría los importantes costos de puesta en marcha, y si las comunidades de Florida que han albergado la industria durante un siglo también se beneficiarían de la fiebre de los minerales o si se verían perjudicadas.

Los 15 elementos de tierras raras se dividen en dos categorías, "ligeros" y "pesados", según sus pesos atómicos. Mientras que otros depósitos en los EE. UU. tienen altas concentraciones de ligeros, Florida tiene una alta concentración de pesados, debido a su historia geológica costera.

Los llamados REE son mejores conductores y más magnéticos que otros metales, lo que los hace particularmente valiosos para la electrónica, la tecnología limpia, la defensa y otras tecnologías.

Quién los controla es una preocupación geopolítica creciente. Las importaciones estadounidenses provienen principalmente de China, que actualmente produce aproximadamente el 70% del suministro mundial.

El mineral de fosfato es relativamente blando y se disuelve con agua, lo que facilita su separación de los metales circundantes. En una evaluación nacional de los depósitos de fosfato de EE. UU., el geólogo investigador Poul Emsbo del Servicio Geológico de EE. UU. (USGS) y su equipo encontraron concentraciones de tierras raras en EE. UU. que son "iguales o mayores que cualquier recurso conocido". El equipo también descubrió que las tierras raras en los depósitos de fosfato domésticos son "fácilmente extraíbles", dijo Emsbo, y plantean menos preocupaciones ambientales que las minas REE convencionales.

Investigadores y profesionales de la industria dijeron que las reservas de fosfato de EE. UU. podrían ser parte de una nueva cadena de suministro nacional. Se encuentran niveles significativos de REE no solo en los depósitos de fosfato sino también en el fosfoyeso, un subproducto radiactivo del procesamiento del ácido fosfórico. Cada tonelada de fosfato producido deja cinco toneladas de residuos de fosfoyeso, según la Iniciativa de innovación de fosfato, un grupo industrial. Los desechos se apilan en montañas similares a vertederos que presentan peligros ambientales. La industria está a la caza de usos alternativos, como el reciclaje del material para la construcción de carreteras, una medida controvertida aprobada para estudio por la Legislatura de Florida este año.

En el "Valle de los Huesos" de Florida Central, Zhang pasó la última década investigando el potencial para extraer elementos de tierras raras del fosfato y el fosfoyeso en el instituto FIPR, ahora con sede en la Universidad Politécnica de Florida. Zhang dijo que su trabajo sobre la viabilidad económica y técnica de la recuperación de REE a partir de lodos de fosfato, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., demostró que los desechos y subproductos de la minería "son recursos viables para elementos críticos".

Como siguiente paso, Zhang, un equipo de investigación nacional y The Mosaic Co., la compañía minera de fosfato más grande de Florida, propusieron una planta de demostración comercial en terrenos mineros que procesaría elementos de tierras raras a partir de lodos de ácido fosfórico.

Con los avances científicos, la minería adicional no es necesaria para extraer elementos de tierras raras. Se pueden agregar polímeros especiales, cadenas repetitivas de moléculas que ayudan a unir los minerales, a los fosfatos para aumentar su capacidad de extraer metales.

Un vistazo por encima del hombro de un operador de "Princess Grace", una dragalina que extrae fosfato de las minas en Four Corners Mosaic.

Joseph Laurino es el fundador y propietario de Periodic Products con sede en Sarasota, una empresa química y de ácidos que ha desarrollado polímeros para la extracción de REE. Su experiencia en química orgánica lo inspiró a patentar la tecnología. La mayor fuente de elementos de tierras raras, dijo, no está en el suelo, sino en los subproductos de la industria del fosfato como el fosfoyeso.

"Hay suficientes tierras raras en los desechos de fosfato en los EE. UU. para satisfacer la demanda estadounidense de metales de tierras raras anualmente", dijo. "No tenemos que extraer nada, solo tenemos que recuperarlo de los productos de desecho".

Se necesita una concentración del 4% de elementos de tierras raras en la solución de lavado de residuos para que los REE se separen con éxito, dijo Laurino. Los polímeros pueden concentrar aún más los niveles de REE, haciéndolos más fáciles de extraer. La forma económicamente más eficiente de extraerlos de los lodos de fosfato, dijo Laurino, sería ubicar los sitios de REE en las operaciones actuales de fosfato.

"Este proceso tiene que hacerse en el sitio donde se genera el material, lo cual es muy bueno para la industria de fosfatos", dijo Laurino.

Las empresas mineras como Mosaic tendrían mucho que ganar financieramente al albergar el procesamiento, dijo. Las nuevas tecnologías de polímeros para la extracción de tierras raras también podrían reducir la cantidad de desechos que se depositan en las pilas de fosfoyeso, reduciendo tanto los costos como los riesgos de radiación. Aún no está claro, dijo Laurino, cuánto del material podría procesarse. Dependerá del tamaño y capacidad de la planta.

Hasta ahora, los funcionarios de Mosaic han considerado que los elevados costos operativos y de capital son demasiado altos para justificarlos más allá de la escala de laboratorio y piloto. En una presentación ante la Asociación de Energía de EE. UU., la compañía informó que el proceso aún no es económicamente viable "sin un apoyo financiero significativo del gobierno, acuerdos cooperativos u otros incentivos comerciales".

El lodo de fosfato se encuentra en un vertedero en la propiedad de The Mosaic Co. en Bone Valley, donde el fosfato se separa de otros minerales.

El último informe de progreso de Zhang al Departamento de Energía argumenta que los REE podrían ser una fuente importante de ingresos para el condado de Polk en Florida, que el informe describe como "una comunidad desfavorecida que sufre un impacto ambiental de un siglo por la minería de fosfato". El condado alberga la mayor concentración de minas, plantas y pilas de yeso de fosfato en Florida, y soporta la carga industrial de gran parte de la demanda de fósforo del país.

En las primeras décadas de la industria, esa carga era la mano de obra. Luego fue agua, e incluso comunidad. Las minas han arrasado con arroyos y manantiales naturales y han desplazado barrios. La industria arranca miles de acres de suelo y vegetación antes de restaurarlos para otros usos, un proceso que lleva décadas. Apila desechos radiactivos en pequeñas montañas que los vecinos y los defensores del medio ambiente temen que representen amenazas de contaminación.

Zhang dijo que cree que los REE podrían traer un beneficio significativo a las comunidades locales. Pero las preguntas incluyen cómo y cuánto. Un análisis de datos para este proyecto mostró que la industria tiende a concentrarse en áreas con más pobreza que el promedio estatal.

Omanjana Goswami, científica interdisciplinaria del programa de alimentos y medio ambiente de la Unión de Científicos Preocupados, dijo que las comunidades cargadas de manera desproporcionada por la industria de los fertilizantes necesitan modelos sobre cómo eso puede cambiar.

También son importantes las innovaciones para alejar a la sociedad de la minería por completo, dijo, y hacia fuentes más sostenibles de fósforo y otros elementos. "Al final del día, los depósitos son finitos", dijo. "Cuál es y debería ser la solución es cómo extraer de manera más eficiente y garantizar que el medio ambiente, las personas, especialmente, y las comunidades alrededor de estas minas no sufran daños".

Omanjana Goswami, de la Unión de Científicos Preocupados, dijo que el mundo debe encontrar formas de convertir el "círculo vicioso" de la extracción de minerales a través de la minería en un círculo virtuoso que no cause problemas a las personas ni al medio ambiente.

Los nuevos usos del fosfoyeso incluyen la recuperación de estruvita, un fertilizante que contiene magnesio, amonio y fosfato, de lodos y aguas residuales.

Además de aproximadamente $500 000 en apoyo en especie para la planta de demostración de Zhang, Mosaic ha otorgado alrededor de $500 000 a la Universidad de Florida durante los últimos tres años para otros proyectos de investigación para encontrar usos plausibles para el fosfoyeso y caminos hacia una economía cíclica para el fosfato.

El profesor de ingeniería ambiental Timothy Townsend en el Laboratorio de Investigación de Gestión de Materiales Sostenibles de la UF ha estado trabajando en el potencial del uso de residuos de fosfoyeso como material de construcción de carreteras para reducir el tamaño de las pilas de yeso.

Townsend dijo que su investigación sugiere un camino para la innovación de fosfoyeso en la industria. Sus próximos pasos son ejemplos de proyectos base de carreteras que pondrán a prueba la viabilidad y la capacidad estructural de las carreteras que contienen fosfoyeso en comparación con el material de carretera tradicional. También probará la lixiviación por radiación.

Los ambientalistas afirman que el proceso podría liberar materiales radiactivos al aire y las vías fluviales y exponer a los trabajadores de la construcción a riesgos de cáncer; han instado al gobernador Ron DeSantis a que vete el proyecto de ley de este año que aprueba el proyecto de demostración.

Durante la próxima década, el Servicio Geológico de EE. UU., en colaboración con las oficinas geológicas estatales, cartografiará la nación para identificar las áreas que contienen suministros minerales críticos, dijo el geólogo investigador Warren Day, coordinador científico de la Iniciativa de Recursos de Mapeo de la Tierra.

"Eso nunca se ha hecho", dijo Day sobre el proyecto de mapeo, apodado Earth MRI. "Es una gran misión, es un gran desafío".

Day dijo que la Ley de Infraestructura Bipartidista asignó $320 millones para los primeros cinco años de mapeo.

Los geólogos del Servicio Geológico de Florida están trabajando actualmente con el USGS para investigar el potencial de REE de los desechos de la minería de fosfato de Florida. El Departamento de Protección Ambiental del estado no respondió a las solicitudes de entrevista para discutir el trabajo.

Además de los problemas de seguridad interna y de la cadena de suministro, dijo Day, la dependencia de minerales de países con protecciones ambientales y de derechos humanos laxas significa que estamos "exportando nuestros problemas a esos países".

Goswami, de la Unión de Científicos Preocupados, dijo que el camino a seguir es convertir el "círculo vicioso" de la extracción de minerales a través de la minería en un círculo virtuoso que no cause problemas a las personas aquí o en otros lugares.

"Es una cuestión de política, por supuesto, de dinero, así como también del impulso de la comunidad", dijo. "Para ganancias a corto plazo, estamos causando daños a largo plazo que serían muy difíciles de reparar. Es casi irreparable e irreversible".

Esta historia es parte de The Price of Plenty, un proyecto especial que investiga los fertilizantes de la Facultad de Periodismo y Comunicaciones de la Universidad de Florida y la Escuela de Periodismo de la Universidad de Missouri, respaldado por la iniciativa nacional de informes Connected Coastlines del Pulitzer Center.