Tierras raras

R(are)E(arth)E(lements)

Características generales de las tierras raras (REE)

La-Lu (número atómico desde 57 a 71)

La serie de lantánidos es el grupo de elementos químicos que siguen al lantano en el grupo IIIB de la tabla periódica. Su distinción atómica es que ocupan el subnivel electrónico 4f. En un principio, sólo estos elementos con números atómicos 58 a 71 son lantánidos.

Muchos químicos incluyen al lantano (La 57) en la serie, ya que tiene propiedades similares a los lantánidos, pero no completa el subnivel 4f.

Tierras raras(REE)

Tierras raras (lantánidos)

La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

Peso atómico

Todas las tierras raras tienen valencia 3+

Ce también tiene valencia 4+

Eu también tiene valencia 2+

LREE MREE HREE

LREE = Tierras raras ligeras (Light Rare Earth Elements)

MREE = Tierras raras intermedias (Middle Rare Earth Elements)

HREE = Tierras raras pesadas (Heavy Rare Earth Elements)

lantano, cerio, praseodimio, neodimio, promecio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

Número atómico

Rad

io i

ón

ico

LaCe 3+

Ce 4+

Pr

Contracción delos lantánidos

NdSm

Eu 3+

Eu 2+

Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

El radio iónico en las REE disminuye con el aumento del número atómico de 1.15 °A en La (Z=57) a 0.93°A en Lu (Z=71).

Las REE se encuentran en altas concentraciones en varios minerales económicamente importantes tales como:

Bastaesnita (Ce, La)(CO3)F

Monacita (Ce, La, Nd, Th)PO4

Cerita ((Ca,Mg)2(Ce)8(SiO4)7.3H2O)

Xenotima YPO4

Gadolinita (Ce, La, Nd,Y)2FeBe2[O| SiO4]2

Los elementos lantánidos se conocían originalmente como las tierras raras debido a su presencia en las mezclas de óxidos. No son elementos raros (a excepción del prometio, que sólo tiene isótopos

radiactivos) y su abundancia absoluta en la litósfera es relativamente alta.

Las REE pueden encontrarse en inclusiones de apatito, zircón, alanita, y otros minerales accesorios.

Las REE no son muy solubles y tampoco son móviles en soluciones acuosas (p.ej. durante eventos metamórficos).

Las tierras raras también se encuentran como elementos traza en minerales comunes formadores de rocas, en los cuales reemplazan a los iones mayores.

Minerales como feldespato, biotita, y apatito generalmente tienden a concentrar las LREE (tierras raras ligeras), mientras que los piroxenos, anfíboles y granate, comúnmente concentran las HREE (tierras raras pesadas).

El coeficiente de partición está definido por la siguiente ecuación:

Kd= C mineral/ C líquidoC: concentración del elemento

Los elementos compatibles son concentrados en el sólido

Kd » 1

Los elementos incompatibles son concentrados en el líquido

Kd « 1

Kd= C mineral/ C líquidoC: concentración del elemento

Si Kd es >1, implica que el elemento traza tiene una marcada preferencia por la fase mineral y recibe el nombre de elemento compatible.

Si Kd es <1, implica que el elemento traza tiene preferencia por la fase líquida y recibe el nombre de elemento incompatible.

Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace

Elements in Basaltic and Andesitic Rocks

Olivine Opx Cpx Garnet Plag Amph MagnetiteRb 0.010 0.022 0.031 0.042 0.071 0.29 Sr 0.014 0.040 0.060 0.012 1.830 0.46 Ba 0.010 0.013 0.026 0.023 0.23 0.42 Ni 14 5 7 0.955 0.01 6.8 29Cr 0.70 10 34 1.345 0.01 2.00 7.4La 0.007 0.03 0.056 0.001 0.148 0.544 2Ce 0.006 0.02 0.092 0.007 0.082 0.843 2Nd 0.006 0.03 0.230 0.026 0.055 1.340 2Sm 0.007 0.05 0.445 0.102 0.039 1.804 1Eu 0.007 0.05 0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1Dy 0.013 0.15 0.582 1.940 0.023 2.024 1Er 0.026 0.23 0.583 4.700 0.020 1.740 1.5Yb 0.049 0.34 0.542 6.167 0.023 1.642 1.4Lu 0.045 0.42 0.506 6.950 0.019 1.563Data from Rollinson (1993). * Eu3+/Eu2+ Italics are estimated

Rar

e E

arth

Ele

men

ts

CS = concentración en el sólido; CL = concentración en el líquido

Sin normalización, la distribución de las tierras raras tiene una forma zig-zag. Pm (prometio) no existe como elemento estable en la naturaleza, sólo tiene isótopos radiactivos.

Eje Y: concentraciones normalizadas (aquí se usan condritas para la normalización).

En la corteza las LREE presentan concentraciones altas.

En las condiciones del manto, las HREE presentan enriquecimientos relativos a los LREE.

• Anomalía negativa de Eu indica que la plagioclasa es:

– Un fenocristal fraccionado

o

– Un sólido residual en la fuente

Figure 9-5.Figure 9-5. REE diagram for 10% REE diagram for 10% batch melting of a hypothetical batch melting of a hypothetical lherzolite with 20% plagioclase, lherzolite with 20% plagioclase, resulting in a pronounced negative resulting in a pronounced negative Europium anomaly. From Winter Europium anomaly. From Winter (2001) An Introduction to Igneous (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.Prentice Hall.

Agua del mar tiene normalmenteuna anomalía negativa de Ce (oxi-dación de Ce3+ Ce4+ y precipita-ción de Ce4+). Por otro lado, sedi-mentos oceánicos y nódulos demanganeso tienen anomalías posi-tivas de Ce.