Los minerales que hacen tu smartphone
Marco Hernandez
En la actualidad, muchas personas no imaginan su vida sin su smartphone. Desde su popularización en el año 2007 con la presentación del primer IPhone, la cuota de mercado ha crecido exponencialmente y las previsiones más optimistas dicen que para 2020 habrá más smartphones que personas en el mundo, lo cual significa que se habrá convertido en una herramienta indispensable para los seres humanos. Sin embargo, casi nadie conoce la importancia de la minería y geología en el desarrollo de ese producto.
Un smartphone contiene decenas de compuestos de diferentes fuentes: desde plásticos hasta compuestos producidos a partir de minerales metálicos y no metálicos, sin los cuales sería imposible que el producto existiese.
En la actualidad, un smartphone puede estar conformado por hasta 75 elementos diferentes, lo cual representa casi ¾ partes de la tabla periódica. Las proporciones son variables y hay elementos más frecuentes que otros.
Por ejemplo, algunos de los materiales utilizados para construir teléfonos inteligentes tienen nombres familiares como silicio (para placas de circuitos impresos) o grafito (baterías). Luego hay sustancias menos conocidas como bastnaesita, monacita y xenotima, que son minerales parduscos que contienen neodimio, el cual es uno de las tierras raras utilizadas en los imanes que permiten a los altavoces de los teléfonos inteligentes tocar música.
También te sonará familiar la bauxita, de la cual se obtiene aluminio para carcazas más livianas y resistentes, sin embargo, también es la fuente principal de galio que es el elemento básico para los diodos emisores de luz (LED). El mineral esfarelita es la fuente primaria de Indio el cual es vital para el revestimiento conductor de la pantalla. La arsenopirita que es la fuente primaria de arsénico, el cual es importante para la radiofrecuencia y los amplificadores de potencia (arseniuro de galio). Y no olvidemos el cobre, que es el conductor por excelencia de electricidad y calor, el cual proviene de minerales como calcopirita y bornita.
¿De dónde provienen los elementos y minerales que hacen posible los smartphones?
Si quieres un ejemplo de un producto que no existiría sin la globalización, pues ese es un smartphone. Los minerales provienen de minas que están repartidas literalmente por todo el planeta.
Distribución Mundial de Paises Proveedores de Minerales. Fuente: U.S. Geological Survey General Information Product 167
Por ejemplo, la arena industrial utilizada para fabricar el cuarzo que se usa en pantallas de teléfonos inteligentes puede venir de Estados Unidos o China, pero el potasio añadido para mejorar la resistencia de la pantalla puede venir de Canadá, Rusia o Bielorrusia.
Australia, Chile y Argentina suelen producir el litio utilizado en cátodos de baterías, el tántalo y la columbita necesarias para los transistores viene de un mineral llamado coltán (ver más sobre el coltán aqui) el cual proviene principalmente de Congo, Ruanda y Brasil. En China hay grandes reservas de tierras raras (neodimio incluido) así como estaño, germanio e iridio.
Y de Suráfrica vienen los minerales que contienen al grupo del platino del cual se obtienen excelentes catalizadores necesarios para procesar algunos de los otros compuestos requeridos en electrónica.
La United States Geological Survey (USGS) ha preparado una infografía espectacular que muestra los componentes que forman a un smartphone. La puedes descargar en PDF y en inglés desde el siguiente enlace (clic aquí). Yo me he tomado la tarea de traducirla y ampliarla un poco y puedes ver el resumen a continuación:
Pantalla
La pantalla de un smartphone es muy durable debido a la combinación de su ingrediente principal arena silícea (dióxido de sílice o mejor conocido como cuarzo) con potasio y minerales cerámicos. Gorilla Glass, las pantallas que aguantan arañazos y que todos queremos en nuestros teléfonos inteligentes, está hecha de una combinación de alumino-silicatos que provienen de la industria de la cerámica. Corning (el fabricante de Gorilla Glass) empezó como fabricantes de vidrios automotrices, luego se convirtieron en el principal proveedor mundial de fibra óptica y ahora son los líderes en pantallas de alta resistencia para móviles.
Dentro de la pantalla también encontraremos capas de óxido de estaño e indio. Esas capas crean los circuitos transparentes que hacen posible a las pantallas táctiles. La principal fuente de estaño es la casiterita. Hay estudios en estos momentos para sustituir los óxidos de estaño e indio con grafeno.
El galio, que proviene de la bauxita, también es necesario para la fabricación de pantallas (LED). La esfarelita o blenda es la principal fuente de indio y germanio que también son vitales para las pantallas.
Electrónica y circuitería
Por mucho, el metal más abundante en un smartphone es el cobre. El cobre conduce electricidad y calor y la fuente primaria de ese elemento es el mineral calcopirita (CuFeS2). La calcopirita tiene 2/3 partes de su peso en cobre y hierro y su procesamiento es simple, lo cual lo hace la mena principal de explotación.
De la tetraedrita (variedad Freibergita, (Ag,Cu,Fe)12(Sb,As)4S13) es la principal fuente de plata, la cual es el ingrediente principal de ciertas tintas que producen vías eléctricas en los circuitos. La tetraedrita es un mineral importante en la industria minera del cobre y a menudo se emplea también para extraer plata, mercurio y antimonio. También se extraen ciertas variedades como menas de telurio y otras de estaño.
Silicio, es el mineral más abundante de la corteza terrestre y se encuentra no solamente en el cuarzo que forma las pantallas y sino que también es la base de los circuitos integrados por sus características semiconductoras. Otro semiconductor muy usado es el arseniuro de galio.
La arsenopirita es la principal fuente de arsénico, el cual permite crear el arseniuro de galio que es el semiconductor de excelencia para circuitos integrados a frecuencias de microondas, diodos de emisión infrarroja, diodos láser y células fotovoltaicas. El Wifi (redes WLAN) no sería posible sin este semiconductor puesto que los elementos de silicio y germanio no pueden trabajar en las frecuencias altas (2,4 y 5 GHZ).
El tántalo viene de la tantalita y del coltán (columbita + tantalita) (ver mas) y se le añade a los capacitadores que regulan el voltaje y mejoran la calidad del audio de un dispositivo. También es el elemento básico de los condensadores electrolíticos de tantalio que están en prácticamente todos los celulares y computadoras del mundo.
La wolframita es la fuente principal de tungsteno (o wolframio) el cual se usa principalmente como disipador de calor y es la masa para la vibración del teléfono móvil (es uno de los elementos más pesados que existe). El gas hexafluoruro de wolframio se emplea en la fabricación de circuitos integrados.
Batería
La espodumena y las salmueras son las fuentes de litio utilizadas en cátodos de baterías de iones de litio. Ya he tratado sobre este elemento aquí (ver mas)
El grafito es el elemento usado en los ánodos de las baterías de ion litio debido a su conductividad térmica y eléctrica. Del grafito también se obtiene el grafeno, el cual podría reemplazar a muchos elementos raros que ya he mencionado en esta lista.
Cornetas y vibración
La bastnasita es una fuente de elementos de tierras raras utilizados para producir imanes en altavoces, micrófonos y motores de vibración. La bastnacita y la monacita son las principales menas de tierras raras, específicamente de cesio, lantano e Itrio. Sin embargo, también tiene Neodimio que se usa para los imanes de los altavoces.
Pensamientos finales
El valor de muchos de estos minerales es tal que los gobiernos y las empresas supervisan el suministro mundial y no dudan en intervenir para mantener el suministro de los mismos al mercado internacional. Esas intervenciones a menudo se convierten en guerras, como es el caso del coltán que se extrae en zonas de conflicto como el Congo y cuyas minas se pelean el gobierno y los grupos rebeldes. En Suramérica, el caso del litio ha enfrentado a los gobiernos de Bolivia y Argentina con los grupos ecologistas que quieren evitar que los grandes salares ubicados en el triángulo del litio desaparezcan producto de la sobreexplotación de los mismos.
Ya hay campañas a nivel mundial para lograr la certificación de minas en todo el mundo, esto para reducir el contrabando de minerales, buscar la protección del ambiente y fomentar un mercado mundial de minerales que pueda contribuir con el desarrollo de los países de donde son extraídos.
Mientras tanto, el mercado de smartphones seguirá creciendo, principalmente motivado a que los clientes cada vez están más hambrientos de nuevas funciones, mayor capacidad de las baterías y pantallas más grandes, fuertes y espectaculares.
Algo si es una constante: a medida que la tecnología de los teléfonos inteligentes siga evolucionando, los elementos y minerales utilizados para fabricar estos dispositivos siempre serán un factor clave en sus crecientes y sorprendentes capacidades.
Fuente: https://www.usgs.gov/news/ordinary-minerals-give-smartphones-extraordinary-capabilities