O que são os ETRs?
Os elementos terras raras (ETRs) são um grupo de 17 elementos químicos que possuem propriedades físicas e químicas semelhantes. Eles são usados em diversas aplicações tecnológicas, como imãs, baterias, lasers, catalisadores e telas. Apesar do nome, alguns ETRs são bastante abundantes na crosta terrestre, como o cério e o neodímio. No entanto, a separação dos elementos terras raras é difícil.
QUAIS SÃO OS ELEMENTOS DE TERRAS RARAS (ETRS)?
Os ETRs são divididos em três grupos: leves, médios e pesados. Os leves têm números atômicos baixos (de 57 a 60) e são mais comuns na natureza. Os médios têm números atômicos intermediários (de 61 a 65) e são menos abundantes. Os pesados têm números atômicos mais altos (de 65 a 71) e são os mais raros e valiosos.
Abaixo apresentamos todos os elementos terras raras e seus respectivos números atômicos
Leves:
- Escândio (Sc) (z = 21);
- Ítrio (Y) (z = 39);
- Lantânio (La) (z= 57);
- Cério (Ce) (z= 58);
- Praseodímio (Pr) (z=59);
- Neodímio (Nd) (z= 60).
Médios:
- Samário (Sm) (z= 62);
- Európio (Eu) (z= 63);
- Gadolínio (Gd) (z= 64);
- Promécio (Pm) (z= 61).
Pesados:
- Térbio (Tb) (z= 65);
- Disprósio (Dy) (z= 66);
- Hólmio (Ho) (z= 67);
- Érbio (Er) (z= 68);
- Túlio (Tm) (z= 69);
- Itérbio (Yb) (z= 70);
- Lutécio (Lu) (z= 71).
Dos 17 elementos de terras raras listados acima, 15 são integrantes da série dos lantanídeos. Os dois restantes, escândio e trio são metais de transição incluídos nas terras raras, pois surgem frequentemente misturados com lantanídeos nos mesmos depósitos.
Os principais minerais portadores de ETRs são: a monazita, bastnasita, xenotima e loparita, além das argilas lateríticas que absorvem íons. Esses minerais podem ser encontrados em rochas ígneas, sedimentares e metamórficas, bem como em depósitos aluvionares e residuais.
GEOLOGIA E MINERALOGIA DAS TERRAS RARAS
Segundo o Natural Environment Research Council, existem mais de 200 minerais que contêm elementos de Terras Raras. Esses elementos podem ocorrer em uma ampla variedade de classes minerais e estruturais. No entanto, se mostram preferencialmente na forma de carbonatos, fosfatos, silicatos, fluoretos e óxidos.
A bastnasita é um fluorcarboneto de terras raras que contém aproximadamente 75% de óxidos de terras raras em sua composição, sendo predominantes os elementos, cério (Ce), lantânio (La), neodímio (Nd) e, em menor quantidade, o praseodímio (Pr). Por outro lado, a monazita é um fosfato com conteúdo de óxidos de terras raras semelhante à bastnasita mas apresenta teores significativos de tório (0 a 20%) e urânio (0 a 16%), o que a torna radioativa e de difícil extração.
A xenotima é um fosfato que possui um teor de óxidos de terras raras de 60%, e é considerada a principal fonte de terras raras pesadas, juntamente com as argilas iônicas. Além disso, alguns minerais como a apatita, pirocloro e zircão podem apresentar teores significativos de terras raras, mesmo não sendo classificados como fontes desses elementos.
Os elementos terras raras (ETR) são encontrados em baixas concentrações na crosta terrestre, mas podem ser encontrados em diversos ambientes geológicos, tanto endógenos quanto exógenos. Os depósitos endógenos têm origem no interior da Terra. Eles estão relacionados à atividade geotérmica e tectônica. Exemplos incluem a formação de rochas ígneas e metamórficas, bem como a criação de depósitos minerais associados a intrusões magmáticas e atividade vulcânica. Já os depósitos exógenos têm origem na superfície da Terra ou perto dela, e são causados por forças externas, como o clima, a água e a gravidade. Exemplos incluem a erosão, sedimentação e formação de rochas sedimentares. Depósitos minerais exógenos, como os placeres (depósitos de minerais pesados formados pela ação de correntes de água), são formados por processos de intemperismo e transporte sedimentar.
Abaixo destacamos alguns depósitos de acordo com o ambiente geológico, e a imagem abaixo exibe os ambientes tectônicos formadores de depósitos de terras raras e as rochas associadas.
Ambientes endógenos: Mountain Pass (EUA), Bayan Obo (China), Pitinga (AM).
Ambientes exógenos: Araxá (MG), Vitória (ES), São Gonçalo (MG).
QUAL A IMPORTÂNCIA E APLICAÇÃO DOS ELEMENTOS DE TERRAS RARAS?
Os elementos de terras raras são componentes essenciais em diversos produtos com uma ampla variedade de aplicações, especialmente em dispositivos tecnológicos utilizados no cotidiano, como smartphones, discos rígidos, monitores de computador, televisores, além de veículos elétricos. Os ETRs também têm diversas aplicações na medicina, em lasers, radares e sonares.
Embora a quantidade de ETRs utilizada em um produto possa ser relativamente pequena em termos de peso ou volume, eles são indispensáveis para o funcionamento desses dispositivos e também, em alguns casos, podem possuir um valor significativo na composição desses materiais. Por exemplo, ímãs feitos de ETRs representem apenas uma fração mínima do peso total, sem eles, não seria possível ter motores de indução. Eles também são usados na agricultura e energia. Por isso, os ETRs são considerados estratégicos para o desenvolvimento econômico e científico de vários países. Veja abaixo os principais mercados que utilizam as Terras Raras:
Principais usos de ETRs em baterias:
1 – Baterias de Níquel-Hidreto Metálico (NiMH):
- Lantânio (La): Utilizado como um dos principais componentes das baterias NiMH, que são amplamente usadas em veículos híbridos, como o Toyota Prius.
- Cério (Ce), Praseodímio (Pr), Neodímio (Nd): Podem também ser usados em menores quantidades em baterias NiMH.
2 – Baterias de Íon-Lítio (Li-ion):
- Embora os ETRs não sejam componentes primários nas baterias de íon-lítio, eles podem ser usados em componentes auxiliares, como ligas e materiais de revestimento para aumentar a eficiência e a durabilidade das baterias.
Importância Econômica:
- Alta demanda e valor econômico: Devido à crescente demanda por veículos elétricos, híbridos e outros dispositivos eletrônicos que utilizam baterias recarregáveis, a demanda por ETRs tem aumentado, tornando seu valor significativo no mercado.
- Dependência de fornecimento: A produção de ETRs é concentrada em poucos países, principalmente a China, o que pode afetar a oferta e os preços globais. Isso torna os ETRs estratégicos e economicamente importantes.
Impacto nas indústrias:
Automotiva: A indústria automotiva, especialmente no segmento de veículos híbridos e elétricos, depende significativamente dos ETRs para a produção de baterias eficientes e de alta capacidade.
- Eletrônica: Dispositivos eletrônicos que utilizam baterias recarregáveis, como smartphones, laptops e ferramentas sem fio, também contribuem para a demanda por ETRs.
Em resumo, o uso de ETRs em baterias possui um valor significativo tanto do ponto de vista técnico quanto econômico, influenciando diversas indústrias e mercados globais.
TERRAS RARAS NO BRASIL
No Brasil, a presença das terras raras é identificada nas areias monazíticas do litoral, além de serem encontradas principalmente em depósitos próximos a vulcões inativos. As maiores reservas identificadas no território brasileiro estão localizadas no Amazonas, na área de Seis Lagos, Araxá (MG) no Complexo do Barreiro, Poços de Caldas (MG) no Morro do Ferro e em Catalão (GO).
Apesar de ter uma das maiores reservas mundiais de terras raras, o Brasil não está entre os maiores produtores desses elementos, devido ao alto custo da tecnologia de extração e separação, obrigando o país a importar esses elementos para usar como matéria-prima nas indústrias. No entanto, esse cenário pode mudar nos próximos anos devido à alta demanda e alto investimento estrangeiro no setor.
Segundo a Agência Nacional de Mineração, atualmente há 648 processos para Terras Raras no Brasil, sendo que 111 são autorizações de pesquisa, 14 concessões de lavra e 523 requerimentos. Grande parte desses processos são dos últimos 3 anos.
Em 2022 houve um aumento expressivo na quantidade de requerimentos de pesquisa protocolados pela Agência Nacional de Mineração (ANM). O número saltou de 90 em 2021 para 154 em 2022. O número de aprovações também aumentou de 1 em 2020 para 7 em 2022.
Grandes projetos de terras raras já estão em desenvolvimento no Brasil. Dentre eles, podemos destacar a empresa Serra Verde Pesquisa e Mineração Ltda que iniciou a produção comercial do concentrado misto de terras raras em Minaçu (GO). A empresa deu início ao comissionamento da primeira fase de operações em junho de 2023, e da produção em janeiro de 2024. O concentrado contém uma combinação de neodímio (Nd), praseodímio (Pr), térbio (Tb) e disprósio (Dy). A meta da empresa é alcançar uma produção anual de pelo menos 5 mil toneladas de óxido de terras raras, ao longo de 25 anos.
Diversas companhias estrangeiras vêm prestando atenção no Brasil e estão começando a investir cada vez mais em terras raras. A empresa canadense Appia Rare Earths, por exemplo, fechou acordo com a 3S Ltda e a Beko Invest para adquirir até 70% de participação no projeto de terras raras de Cachoeirinha (GO).
OS DESAFIOS DA EXPLORAÇÃO DOS ETRs
A exploração de metais terras raras enfrenta vários desafios:
Complexidade de Extração e Processamento: As terras raras raramente são encontradas em concentrações altas, tornando a extração e o processamento complexos e caros.
Impacto Ambiental: A mineração e o processamento podem causar danos ambientais significativos, incluindo poluição da água e do solo.
Dependência Geopolítica: A produção é dominada por poucos países, como a China, o que pode criar vulnerabilidades e dependências estratégicas.
Regulamentação Estrita: Há regulamentações ambientais rigorosas em muitos países que podem limitar a exploração e a produção.
Tecnologia de Reciclagem: A reciclagem de terras raras é ainda limitada e enfrenta desafios técnicos e econômicos, dificultando a reutilização desses metais.
Esses desafios tornam a exploração de metais terras raras um campo complexo e estratégico.
Os principais produtores mundiais de terras raras são a China, os Estados Unidos e a Austrália. A China é o maior produtor mundial, respondendo por mais de 60% da produção anual global em 2022 (Fonte: Serviço Geológico dos EUA – 2023). Além desses países, outros grandes produtores são: Burma, Vietnã, Tailândia e Índia.
A China vem cada vez mais se consolidando como o maior produtor mundial de ETRs, com 210.000 toneladas de terras raras extraídas em 2022, sendo 25% a mais do que em 2021 (168.000 toneladas). Segundo o Serviço Geológico dos Estados Unidos, as reservas mundiais de terras raras em 2022 somam 130 milhões de toneladas, e os países com maiores reservas são: China, Vietnã, Rússia e Brasil.
RECICLAGEM DE TERRAS RARAS, UMA ALTERNATIVA À EXPLORAÇÃO
A hegemonia da China no mercado de Terras Raras, coloca os demais países em uma posição de dependência e vulnerabilidade, especialmente em cenários de tensão geopolítica ou escassez de oferta.
Para enfrentar esse desafio, uma equipe de pesquisadores liderada por Victor Mougel, do Laboratório de Química Inorgânica da ETH Zurique, desenvolveu um método inovador para a reciclagem eficiente de metais de terras raras. Publicado recentemente na revista Nature Communications, o estudo apresenta um processo baseado em tetratiometalatos, moléculas inorgânicas que demonstraram propriedades redox únicas. Esses compostos atuam como ligantes que facilitam a separação dos metais de terras raras de misturas complexas, permitindo uma recuperação mais eficiente, rápida e sustentável.
Ao priorizar a reciclagem sobre a extração mineral, esta abordagem não apenas preserva recursos preciosos e reduz impactos ambientais negativos, mas também oferece uma solução prática e econômica para enfrentar os desafios globais de abastecimento de metais estratégicos. A iniciativa dos pesquisadores suíços não só representa um avanço científico significativo, mas também promete transformar o paradigma atual de consumo e descarte de produtos tecnológicos, rumo a um futuro mais sustentável e resiliente.
FONTES:
http://recursomineralmg.codemge.com.br/wp-content/uploads/2018/10/TerrasRaras.pdf
http://recursomineralmg.codemge.com.br/substancias-minerais/terras-raras/
https://ibase.br/wp-content/uploads/2022/02/Terras-raras-e-niobio_Julio-Holanda.pdf