ANÁLISIS DE NIOBIO (Nb) Y TÁNTALO (Ta) EN MUESTRAS DE COLTÁN POR ESPECTROSFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA COMPARABLE CON OTRAS METODOLOGÍAS Y OTRAS TÉCNICAS” PARTE II: DIGESTIÓN QUÍMICA DE MUESTRAS  (Sección B)

1. Introducción

El análisis de niobio (Nb) y tántalo (Ta) en muestras de coltán representa uno de los desafíos más complejos en la química analítica debido a la naturaleza refractaria de estos minerales, los cuales exhiben una marcada resistencia a la degradación química convencional.

En la otra sección de este artículo se describieron  los Sistemas de Digestión Química de la Muestra. A continuación, se desarrollan los siguientes aspectos: Metodologías de digestión para muestras de Coltán Análisis de los mecanismos de estabilidad analítica  y Protocolos de seguridad analítica.

2. Metodologías de digestión para muestras de Coltán

La relevancia en Nb y Ta para que el método y técnica analítica sea efectiva, la muestra de coltán debe estar totalmente libre de interferencias de matriz y en una solución estable, lo que resalta la importancia de la digestión química.

2.1 Digestión Ácida

La digestión ácida es el estándar de oro para la disolución de silicatos y óxidos refractarios. El uso de ácido fluorhídrico (HF) es imperativo para romper los enlaces metal-oxígeno (Nb-O y Ta-O) mediante la formación de complejos estables como [NbF₇] ^2- y [TaF₇] ^2-. que se ilustran en la Figura 1 (Agulyansky, 2004; Herrero, 2017). Para minerales de niobio y tántalo, los métodos estándar de digestión húmeda sugieren el uso de mezclas de ácidos fuertes (HF, HNO3, H2SO4) (Nete, 2009; Shikika et al., 2025). El Manual de la ASGMI (2023) subraya que en materiales geológicos, el uso de recipientes cerrados (como bombas de teflón) mejora la eficiencia de la digestión y evita la pérdida de elementos volátiles.

Figura 1. Digestión ácida de muestras con HF. Fuente: Elaboración Propia con uso de IA.

            2.2 Fusión Alcalina

La fusión alcalina es a menudo preferida cuando se busca una certificación de material de referencia para asegurar una descomposición total. Ideal cuando la muestra presenta una cristalinidad extremadamente alta que la digestión ácida no logra romper. La muestra se funde con un flujo (ej. metaborato de litio, LiBO₂ o NaOH) a temperaturas superiores a 900 °C (ASGMI, 2023; Nete, 2009). Esto transforma los óxidos refractarios en sales solubles en medio ácido diluido garantizando la disolución total. Con el uso de fundentes como hidróxido de potasio (KOH)  a 550 °C permite una descomposición total, transformando los óxidos refractarios de Nb y Ta en sales solubles en agua (Shikika et al., 2021). En condiciones óptimas, estudios de optimización indican que una relación de masa fundente a mineral de 3:1 y una temperatura de tostación de 550 °C son ideales para maximizar la recuperación. Además el producto de la fusión se lixivia con agua o soluciones alcalinas, lo que permite separar el Nb y Ta de otras impurezas antes de la acidificación para el análisis instrumental (Shikika et al., 2021; Nete, 2009). En consonancia se han empleado diversos fundentes como:

• Hidróxido de Potasio (KOH): El rostizamiento alcalino con KOH a 550 °C convierte el mineral en niobatos y tantalatos de potasio solubles en agua. Este método evita el uso de HF y permite recuperaciones de hasta el 87% de Nb y 80% de Ta (Shikika et al., 2021).
• Tetraborato de Litio (Li₂B₄O₇): La fusión con Li₂B₄O₇ a 1100 °C, seguida de una disolución del fundido en una mezcla de H₂SO₄ y metanol, ha demostrado ser muy eficaz para la determinación multielemental por ICP-OES, logrando recuperaciones entre el 98% y el 109% para Nb y Ta en minerales complejos (Nete, 2009; Nete et al., 2012).
• Carbonatos: La fusión con mezclas de carbonato de sodio y potasio también se utiliza para obtener pre-concentrados de alta ley antes del análisis químico (Castro y Díaz, 2016).

            2.3 Extracción por Solventes (MIBK), Resinas (IBF) y Fluoración con Bifluoruro de Amonio (ABF)

Tras la disolución, la matriz de una muestra de coltán (que incluye hierro (Fe), manganeso (Mn), titanio(Ti) y a veces tierras raras (REE)) es demasiado compleja para la EAA directa. Como métodos alternativos:

• MIBK (Metil-isobutil-cetona): En un medio de HF/HCl concentrado, el Nb y el Ta son selectivamente extraídos a la fase orgánica (MIBK), dejando atrás al Fe, Mn y Ti (Agulyansky, 2004; Nete, 2009). Esto elimina drásticamente las interferencias de ionización y dispersión de luz en la llama (Nete, 2009; PerkinElmer, 1996).
• IBF (Intercambio Iónico): Se utilizan resinas de intercambio aniónico donde, dependiendo de la concentración de HF, el Nb y el Ta se adsorben selectivamente y luego se eluyen en fracciones separadas. Es superior al MIBK para procesos de alta precisión debido a la menor cantidad de solventes orgánicos tóxicos (Minerals Mining, 2025; Nete, 2009).
• Fluoración con Bifluoruro de Amonio (ABF):Una metodología innovadora y menos peligrosa que el uso de HF líquido es la fluoración mediante bifluoruro de amonio (NH₄HF₂). El ABF actúa como agente fluorante, convirtiendo los óxidos metálicos en fluoruros complejos solubles (Agulyansky, 2004). El proceso de digestión implica un pretratamiento del mineral con ABF seguido de una lixiviación con ácido sulfúrico (H₂SO₄). La eficacia  del método ha demostrado que se puede lograr buena recuperación para ambos metales en condiciones optimizadas de temperatura y concentración de ácido. La Fluoración con Bifluoruro de Amonio (ABF) sustituye al HF líquido, utilizando NH₄HF₂ sólido seguido de lixiviación con H₂SO₄, logrando recuperaciones superiores al 90% (Shikika et al., 2021; Shikika et al., 2025).

La comparación de los métodos de  disolución para la digestión de Nb y Ta  se resumen en la Tabla 1 .

Tabla 1. Comparativa: Metodologías de Digestión para Nb y Ta

3. Análisis de los mecanismos de estabilidad analítica

Es fundamental controlar las condiciones durante la digestión química del coltán. Esto se debe a que el niobio (Nb) y el tantalio (Ta) en solución tienden a la hidrólisis, reaccionan ante cambios de pH y forman óxidos con facilidad, lo que altera la composición de la muestra. A continuación se describen estos aspectos.

• Mecanismos de Hidrólisis: En soluciones acuosas, el Nb y el Ta sufren hidrólisis rápida si el pH no se mantiene estrictamente ácido, formando especies poliméricas (ácidos niobtánicos y tantálicos) que precipitan fácilmente. La adición de agentes complejantes (como el ácido tartárico, oxalato de amonio, peróxido de hidrógeno o el mismo HF residual) es obligatoria para mantener los elementos en estado de monómero soluble (Harris, 2013; Nete, 2009;Shikika et al., 2021).

• Control de pH: El pH debe ser estrictamente controlado, preferiblemente en rangos donde la estabilidad de los complejos fluorados sea máxima, evitando la precipitación de óxidos hidratados que subestiman la concentración final durante la lectura en espectrofotometría de absorción atómica (EAA) (Belay, 2018; Agulyansky, 2004).

• Formación de Óxidos y Matriz: La presencia de interferentes como el estaño, hierro y el titanio exige protocolos de separación química (como la extracción MIBK) para reducir el efecto de matriz, ya que estos elementos pueden alterar la atomización en la llama (Bolívar et al., 2012; Shikika Alidor et al., 2025).

La influencia de la variedad de factores en la estabilidad analítica de las metodologías se evidencia en la Tabla 2.

Tabla 2. Fundamentos de los métodos y su estabilidad analítica

3. Protocolos de seguridad analítica

a) Protección Personal: El HF es extremadamente tóxico y corrosivo para el tejido óseo. Su manipulación requiere equipo de protección específico (guantes gruesos de neopreno y careta facial). El fluoruro de silicio (SiF₄) es un gas incoloro, tóxico y corrosivo con un olor penetrante, reacciona con la humedad para formar ácido hexafluorosilícico y requiere un manejo cuidadoso debido a su toxicidad (volatilización que se evidencia en la Figura 2). Es necesario implementar el uso estricto de cabinas de gases debido a la toxicidad del HF (Nete, 2009; ASGMI, 2023).

Figura 2. El  gas fluoruro de silicio (SiF₄). Fuente: Elaboración Propia con uso de IA.

b) Gestión de Residuos: Los residuos orgánicos (MIBK) deben recolectarse en contenedores específicos para solventes halogenados (Nete, 2009).

4. Conclusiones de la Digestión Química de Muestras

La digestión química es la fase que garantiza que la medición por absorción atómica sea precisa y comparable con técnicas más avanzadas (un eslabon para la exactitud analítica). La transición hacia métodos de digestión menos tóxicos, como la fusión alcalina o el uso de fluoración con ABF, representa el futuro de la industria extractiva sostenible. Estos métodos no solo reducen los riesgos operativos, sino que ofrecen una recuperación comparable y facilitan la estabilización de los analitos en solución mediante la formación de complejos solubles. La elección de la técnica de digestión debe equilibrar la eficiencia de extracción con la seguridad y la compatibilidad con el sistema de atomización del espectrofotómetro. La integración de los fundamentos teóricos de la Espectrofometria de Absorción Atómica (EAA) con los protocolos de muestreo y análisis geoquímicopermite establecer un marco de trabajo robusto para el análisis de niobio (Nb) y tántalo (Ta). La fusión alcalina ofrece la mayor garantía de disolución total y las técnicas de extracción por solventes (MIBK) o resinas (IBF) son indispensables para la purificación de la muestra, eliminando interferencias espectrales en la EAA.

Para optimizar la toma de decisiones en el laboratorio, es fundamental evaluar no solo la capacidad de disolución, sino también el impacto en la precisión, la seguridad y la compatibilidad con la Espectrofotometría de Absorción Atómica (EAA). La comparabilidad de la EAA no depende del equipo, sino de la química de la solución. Una digestión completa por fusión alcalina, combinada con la estabilización mediante ácido tartárico, elimina las discrepancias comúnmente atribuidas a la técnica de absorción atómica, permitiendo resultados trazables y exactos.

5. Referencias

1. Agulyansky, A. (2004). The chemistry of tantalum and niobium fluoride compounds. Elsevier.
2. Asociación de Servicios de Geología y Minería Iberoamericanos (ASGMI). (2023). Manual de metodologías geoquímicas de países iberoamericanos: Información geoquímica para la sociedad. (M. J. Batista, G. Prieto, A. Turel, I. Martín, & A. Pérez, Eds.).
3. Belay, A. N. (2018). Coordination chemistry of niobium(V) and tantalum(V) with hard O-donor ligands: A solution and solid state investigation (Tesis Doctoral). University of the Free State, Bloemfontein, Sudáfrica.
4. Bolívar, A., Manrique, A., Salazar, E., Grande, S., Guzmán, L., Mariño, N. (2012). Estudio preliminar de los depósitos de tantalita, columbita y casiterita, en el Fundo La Fortuna, al SW del Cerro Boquerones, en el área metalogénica El Burro-Agua Mena, al Suroeste del municipio Cedeño, estado Bolívar, Venezuela. GEOS.
5. Castro, G. A., y Díaz, A. A. (2016). Estudio de un mineral de columbo-tantalita con enfoque metalúrgico para definir el aprovechamiento de depósitos de arena con minerales pesados. Avances en Ciencias e Ingeniería, 7(2), 9-16.
6. García, H., El Zauahre, M., Morán, H., Acosta, Y., Senior, A., y  Fernández, N. (2006). Análisis comparativo de dos técnicas de digestión para la determinación de metales pesados en lodos residuales. Multiciencias, 6(3), 234-243.
7. Herrero, R. (14 de noviembre de 2017). Metalurgia del coltán. Triplenlace. https://triplenlace.com/2017/11/14/metalurgia-del-coltn/
8. Minerals Mining. (2025). Mineral Tántalio: Extracción y Procesamiento. Recuperado de https://mineralsmining.com/mineral-tantalio/
9. Nete, M. (2009). Dissolution and analytical characterization of tantalite ore, niobium metal and other niobium compounds (Tesis de Maestría). University of the Free State, Bloemfontein, Sudáfrica.
10. Nete, M., Purcell, W., Snyders, E., Nel, J. T y Beukes, G. (2012). Characterization and alternative dissolution of tantalite mineral samples from Mozambique. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 112, 1079-1086.
11. Pérez, M., Vargas, K., Bisbal, R., Meléndez, W., Marrero, S., González, L. (2018). Determinación de elementos mayoritarios en minerales que contienen niobio y tántalo mediante fluorescencia de rayos X por dispersión de energía. JIFI 2018, Universidad Central de Venezuela.
12. PerkinElmer. (1996). Analytical methods for atomic absorption spectroscopy. Software version 3.0.
13. Shikika, A., Muvundja, F., Mugumaoderha, M. C., Gaydardzhiev, S. (2021). Extraction of Nb and Ta from a coltan ore from South Kivu in the DRC by alkaline roasting – thermodynamic and kinetic aspects. Minerals Engineering, 163.
14. Shikika, A., Muvundja, F., Mugumaoderha, M., Gaydardzhiev, S. (2025). Fluorination coupled to sulphuric-acid leaching for efficient extraction of Ta and Nb from Numbi Coltan Ore (South-Kivu, DRC). World of Metallurgy – ERZMETALL, 78(1).
15. Taggart, J. E. (2002). Analytical methods for atomic absorption spectroscopy. United States Geological Survey (USGS).
16. Velazco, E. J., Amundaraín, M. G., Prin, J. L., Hernández, P. R., Rojas de Astudillo, L. (2016). Caracterización de muestras minerales de niobio y tantalio del sector Los Gallitos del municipio Cedeño, estado Bolívar, Venezuela. Revista de Ciencias Naturales Equilibrium, 1, 65-8.

Leidy Morales
Unidad de Procesos Metalúrgicos
Centro de Tecnología de los Materiales, ctm@fii.gob.ve