Elementos de Terras Raras na Tabela Periódica

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Theodoro Carneiro Caminha
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2 No total,17 elementos são classificados como terras raras, sendo eles todos os elementos da cadeia do lantanídeos e os elementos Ítrio (Y) e Escândio (Sc) Elementos de Terras Raras na Tabela Periódica Característica Devido as suas características singulares, os 17 elementos de terras raras são classificados em 3 subgrupos: Elementos leves La Ce Pr Nd Pm Elementos Médios Sm Eu Gd Elementos Pesados Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Sc 2

3 As terras raras não são naturalmente encontradas como elementos simples, estão normalmente associadas a outros minerais como fosfato e ouro Tipo de Deposito Descrição Teores e volumes Exemplos Carbonatite-Associated Primário Entre 10kt e 500Mt (0,1-10%) Mountains Pass, EUA Associados com rocha alcalina Primário Entre 100Mt e 1.000Mt (<5%) Weishan, China Ferro-REE Primário 2.000Mt (0,3%) Olympic Dam, Australia Hidrotermal Primário Entre 1Mt e 50Mt (0,5-4%) Hoidas Lake, Canada Marinhos Secundário Entre 10kt e 300Mt (<0,1%) Richards Bay, Africa do Sul Aluviais Secundário Entre 10kt e 200Mt (<0,1%) Guangdong, China Peleoplaces Secundário Entre 10kt e 100Mt (<0,1%) Bald Mountain, EUA Laterítico Secundário Entre 10kt e 500Mt (0.1-10%) Araxá, Brasil Argilas de absorção de íons Secundário < 10kt (0.1-0,4%) Longnan, China 3

4 Os elementos de terras raras passam por complicada cadeia de produção até chegar a produtos de aplicação no mercado UPSTREAM Extração mineral e produção de Óxidos, Metais e Ligas DOWNSTREAM Fabricação de componentes a base de Terras Raras MERCADO DESENVOLVIMENTO Laboratórios, Universidades e Centros de Pesquisa e Desenvolvimento 4

5 Etapas de Produção Upstream Downstream 5

6 Após encontrados, os elementos de terras raras precisam ser extraídos e separados, gerando óxidos, metais e ligas que são utilizados pela indústria Mineração (Minério) Extração mineral e concentração dos elementos de terras raras Dependendo característica do mineral a concentração pode utilizar diferentes processo Extração (Óxidos) Separação do elementos de terras raras e produção dos óxidos de terras raras Nesse processo é utilizada a separação por solventes Processo Produtivo Eletrólise (Metais) Fundição em Ligas Leves Via processo de eletrolise, os óxidos de terras raras tomam a forma de metais Fundição dos metais de terras raras em ligas leves 6

7 O Upstream da cadeia produtiva está concentrado em algumas regiões, basicamente devido a disponibilidade de recursos e conhecimento (tecnologia) Mapa com a localização dos polos produtores Restrições Atualmente a China detém ~85% da produção global de Óxidos de Terras Terras Raras O Japão é o principal detentor da tecnologia utilizada na transformação das Terras Raras A grande maioria das empresas produtoras de Terras Raras na China é Japonesa Historicamente, 85-90% das importações japonesas de Terras Raras é proveniente da China 7

8 Etapas de Produção Upstream Downstream 8

9 Óxido, Metais e Ligas de Terras Raras são utilizados em diversas aplicações, sendo importantes, principalmente, para a indústria de alta tecnologia Mineração (Minério) Ce Pó de Polimento Eu Y Tb Phosphors Extração (Óxidos) La Ce Aditivos de Ligas La Ce Catalisadores Eletrólise (Metais) Ce Pr Nd Bonded Magnetos Processo Produtivo Fundição em Ligas Leves Pr Gd La Nd Dy Ce Sm Tb Sm Sintered Magnetos Baterias NiMH 9

10 Produzido principalmente a partir do Óxido de Cério (Ce), o pó de polimento é um importante componente para indústria de vidros e lentes Produção e Aplicações Processo produtivo envolve o tratamento dos óxidos de terras raras com acido, lavagem de sedimentos e secagem Principais Produtores de Polimentos : Baotou Steel (China), Jinmeng (China), AGC Seimi Chemical (Japão) e Rhodia (França) Aplicações : Telas planas, CRT, LCD, vidros TFT, espelhos, vidros óticos, lentes, telas de celulares e outros produtos da indústria de vidros 10

11 Fosforescentes e fluorescentes são substancias que exibem o fenômeno de luminescência, sendo utilizados na indústria para brilho e iluminação Produção e Aplicações Os phosphors são produzidos basicamente a partir de Ítrio (Y) e Európio (Eu). Pequenas quantidades de Térbio ( Tb) podem ser adicionadas no processo produtivo da dar coloração Principais Produtores de Phosphors : a produção está concentrada na Europa e Ásia Aplicações : Lâmpadas LED, lâmpadas fluorescentes, televisores 11

12 A adição de elementos de terras raras em ligas resulta, principalmente, em ligas mais flexíveis, de maior resistência a impactos e de maior durabilidade Produção e Aplicações Os aditivos de ligas são inseridos no processo produtivo de diversas ligas pelo processo de eletrolise e o resultado são ligas de maior eficiência para a indústria Cada elemento de terras raras tem sua respectiva vantagem na adição as ligas. O Gadolínio (Gd) por exemplo aumenta a resistência de ligas de ferro a altas temperaturas e a oxidação Aplicações : Industria de componentes aeroespaciais, e melhorias de eficiência em geral 12

13 O uso de catalisadores a base de terras raras permite a redução de poluentes como a emissão de oxido de enxofre em refinarias de petróleo, por exemplo Produção e Aplicações Os catalisadores de Terras Raras utilizam basicamente Cério e Lantânio para controlar as reações químicas e reduzir a emissão de poluentes em refinarias e na indústria automobilística O maior produtor mundial de catalisadores automotivos é a empresa francesa Rhodia Aplicações : Principalmente indústria automotiva e refinarias de petróleo 13

14 Os elementos de terras raras permutem a fabricação de ímãs permanentes de forte corrente magnética, aumentando a eficiência de motores em geral Produção e Aplicações O principais tipos de ímãs de terras raras são: ímãs de neodímio-ferro-boro (NdFeB) (campo magnético mais forte) e ímãs de samário-cobalto (SmCo) (mais eficiente em altas temperaturas); Dentro do grupo dos de neodímio-ferro-boro existe dois tipos de ímãs, Sintetizados e Bonded, os quais se diferenciam em características e forma produtiva Aplicações : Principalmente, motores em geral, compressores,, turbinas eólicas, Hard Drive Disks 14

15 As baterias produzidas a partir de terras raras, chamadas baterias NiMH, tem uma capacidade de armazenamento maior e são mais leves e menores Produção e Aplicações Do total da massa produzida de baterias NiMH, 35% é composto por terras raras Comparando com as baterias convencionais, as baterias de alta capacidade produzidas com terras raras tem uma capacidade de armazenamento muito superior mesmo sendo mais leves e menores Atualmente os maiores produtores mundiais de baterias são: Sanyo, Toshiba e FDK, localizados basicamente na China e Japão Aplicações : Pincipalmente, automóveis elétricos 15

16 Upstream da cadeia é concentrado na China, com poucas alternativas fora do país, resultando em incertezas no fornecimento de produtos e grande exposição a oscilação de preços Hoje há uma demanda reprimida por materiais de terras raras que poderá explodir caso haja fornecimento mais estável, com confiabilidade de preços e volumes Porém a criação de uma cadeia produtiva completa da mina ao mercado é extremamente complexa, demandando conhecimento técnico de várias fases produtivas, tornando-se um desafio peculiar 16

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