Elementos de terras raras

Elementos terras raras – o que são, aplicações e mercado mundial

Also known as the gold of the 21st century, Rare Earth Elements are widely used in high-tech equipment such as catalysts, solar cells, magnets, batteries, and lasers. 

Because of this, government agencies in several countries have started to encourage the development of the production chain of this mineral commodity.

In Brazil, one of these initiatives is the National Mining Plan 2030, strategic tool to guide medium and long term policies that can contribute to the mineral sector being a foundation for the sustainable development of the Country.

Let’s learn a little more about these elements?

What are the Rare Earth Elements?

The Rare Earth Elements are a group of seventeen elements, fifteen of which belong to the lanthanide group [elements with atomic number (Z) between 57 and 71, i.e. from lanthanum – La to lutetium – Lu], which are joined by scandium (Z = 21) and yttrium (Z = 39), included because they have physical-chemical properties similar to the REEs.

 Yttrium, Lanthanum and Neodymium. Source: Rocio et al. (2012).

REE do not occur as free metals in the earth’s crust, due to their behavior

The geochemical concentrations occur as a mixture of various REEs in minerals. These elements are found as components of accessory minerals, in the form of inclusions, filling fractures in other minerals and/or as replacement elements in the mineral.

The geochemical similarity of all the REEs allows for substitution between them in the structure crystalline mineral. This results in their wide distribution in the earth’s crust and the formation of minerals composed of several of the REE. 

Despite these similarities in geochemical properties, the metallurgical, chemical, catalytic, electrical, magnetic, and optical properties vary subtly from one element to another.

REE minerals can be easily exploited, such as monazite from placer deposits. The separation of REEs from other elements is relatively easy, however their separation into individual oxides and/or metals are complex and expensive processes due to the small differences in their chemical behaviors.

Applications of Rare Earth Elements

REE are considered strategic elements because of their wide application in high-tech products. Its importance in modern industry is due to its numerous applications in metallurgy, wind and nuclear power, the oil industry, mining, and agriculture, among others. 

Check out some applications of the Rare Earth Elements:

  • NdFeB alloy – to produce super magnets, widely used in electric cars, power systems, and high-speed trains; 
  • Europium – on computer and television screens; 
  • Lutetium, cerium, scandium, lanthanum and neodymium – separation of components of Petroleum;
  • Lanthanum – solar energy;
  • Tulio – X-Ray devices.

World Rare Earth Market

Brazil was one of the largest producers of monazite (rare earth phosphate, uranium and thorium) until the middle of the last century, replaced by the US in the 1980s, which came to dominate the market.

Monazite crystal (João Torres Mine, Muqui, Espírito Santo). Source: Rob Lavinski & irocks.com.

Starting in 1984, China began producing REEs, sharing the world market with the US, and from 1990 on, gradually began to dominate the market.

Brazil currently has the world’s third largest known reserve of rare earths, but this wealth is not exploited due to the cost of extraction and separation technology, which forces the country to import these elements to use as raw material in the industries.

The world’s largest known reserves of REE are located in China, Vietnam, Brazil, Russia, and India, respectively.

Country

Reserves (Million tons – Mt)

China

44

Vietnam

22

Brazil

21

Russia

12

India

6.9

The world’s largest reserves of REE. Source: U.S.GEOLOGICAL SURVEY, 2022

Regarding production, China continues to stand out and produced about 140 Mt in 2020. 

It is worth mentioning that there is a worldwide effort to develop the production chain of

REE in view of its importance in high-tech productsand clean energy

According to Fernando Landgraf (Escola Politécnica USP), the world market for rare earths is relatively small in financial terms, moving about $5 billion per year.

The viability of REE extraction projects depends on important points to be highlighted, such as: small market, high production costs, technological and environmental issues.

Rare Earth Deposits in Brazil

The known deposits and occurrences in the country are distributed nationwide. The most economically important are associated with the alkaline carbonate complexes, mainly of the Igneous Province of Alto do Paranaíba.

REE deposits occur in naturally rich rocks influenced by rock-forming processes, such as magmatic enrichment by hydrothermal fluids, magmatic segregation and/or redistribution and concentration by superficial processes.

Walters et al. (2010) proposes the simplified division of REE deposits into two main categories: 

  1. primary – associated with igneous rocks and hydrothermal processes;
  2. secondary – formed by concentration through sedimentary and weathering processes.

The table below shows the Brazilian REE deposits and their classifications.

Primary

Association

Types

Examples

Carbonatite

Magmatic / Veins and Stockworks

Araxá (MG), Catalão (GO), Seis Lagos (AM)

Peralkalkaline rocks subsaturated in silica

Plutons/stocks and dikes 

Repartimento (RR), Morro do Ferro (MG)

Granite Rocks

Differentiated Granites

Pitinga (AM), Serra Dourada (GO), Granitos Rondonianos (RO)

Secondary

Placer marinho

Sedimentary

Buena (RJ), Guarapari (ES), Cumuruxativa (BA)

Placer fluvial

Sedimentary

São Gonçalo do Sapucaí (MG), Pitinga (AM)

Clays with adsorbed ions

Perfil laterítico

Serra Dourada (GO)

Classification of the Brazilian REE deposits. Source: Walters et al. (2010).

Challenges of rare earth elements production in Brazil

The Brazilian potential for RRE is great. Today, the country has the second largest reserve world with 21 Mt of mineable reserves of rare earth oxides (REO). 

This scenario, however, does not put Brazil at an advantage in relation to the other countries, since there is a need for strong investment in the development of the technological routes of each deposit. This is because each mineralization requires routes appropriate to the type of ore in order to be economically viable, as they are expensive, low yielding and highly polluting processes.

Despite the growth in consumption of clean energy products and electric cars, which use REO in their manufacture, the demand for this mineral good will not show a significant increase in order to make the different projects that are underway in theworld.

 

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Elementos terras raras – o que são, aplicações e mercado mundial

Também conhecidos como o ouro do século XXI, os Elementos Terras Raras são amplamente utilizados em equipamentos de alta tecnologia, como catalisadores, células solares, ímãs, baterias e lasers. 

Devido a isso, órgãos governamentais de diversos países passaram a incentivar o desenvolvimento da cadeia produtiva deste bem mineral.

No Brasil, uma dessas iniciativas é o Plano Nacional de Mineração 2030, ferramenta estratégica para nortear as políticas de médio e longo prazo que possam contribuir para que o setor mineral seja um alicerce para o desenvolvimento sustentável do País.

Vamos conhecer um pouco mais esses elementos?

O que são os Elementos Terras Raras?

Os Elementos Terras Raras são um grupo de dezessete elementos, os quais quinze pertencem ao grupo dos lantanídeos [elementos com número atômico (Z) entre 57 e 71, isto é do lantânio – La ao lutécio – Lu], que se unem o escândio (Z = 21) e o ítrio (Z = 39), incluídos por apresentarem propriedades físicoquímicas semelhantes aos ETR.

 Ítrio, Lantânio e Neodímio. Fonte: Rocio et al. (2012).

Os ETR não ocorrem como metais livres na crosta terrestre, devido ao seu comportamento geoquímico ocorrem como mistura de vários ETR em minerais. Estes elementos são encontrados como componentes de minerais acessórios, na forma de inclusões, preenchendo fraturas em outros minerais e / ou como elementos de substituição no mineral.

A similaridade geoquímica de todos os ETR permite a substituição entre si na estrutura cristalina do mineral. Isto resulta na sua ampla distribuição na crosta terrestre e na formação de minerais composto por vários dos ETR. 

Apesar dessas similaridades nas propriedades geoquímicas, as propriedades metalúrgicas, químicas, catalíticas, elétricas, magnéticas e ópticas variam sutilmente de um elemento para outro.

Os minerais de ETR podem ser facilmente explotados, como a monazita oriunda dos depósitos tipo placer. A separação dos ETR dos outros elementos é relativamente fácil, no entanto a sua separação em óxidos e/ou metais individuais são processos complexos e dispendiosos, devido às pequenas diferenças nos seus comportamentos químicos.

Aplicações dos Elementos Terras Raras

Os ETR são considerados elementos estratégicos por sua ampla aplicação em produtos de alta tecnologia. A importância na indústria moderna deve-se às suas inúmeras aplicações na metalurgia, energia eólica e nuclear, indústria petrolífera, mineração, agricultura, entre outras. 

Confira algumas aplicações dos Elementos Terras Raras:

  • Liga de NdFeB – para produzir super ímã, de ampla aplicação em carros elétricos, sistema de energia e trens de alta velocidade; 
  • Európio – nas telas de computadores e televisão; 
  • Lutécio, cério, escândio, lantânio e neodímio – separação de componentes de Petróleo;
  • Lantânio – energia solar;
  • Túlio – dispositivos de Raio-x.

Mercado mundial de Terras Raras

O Brasil foi um dos maiores produtores de monazita (fosfato de terras raras, urânio e tório) até meados do século passado, substituído pelos EUA na década de 1980, que passou a dominar o mercado.

A partir de 1984, a China iniciou a produção de ETR compartilhando o mercado mundial com os EUA e de 1990 em diante, passou a dominar o mercado gradativamente.

Atualmente, o Brasil tem a terceira maior reserva mundial conhecida de terras raras, porém essa riqueza não é explorada devido ao custo da tecnologia de extração e separação, o que obriga o país a importar esses elementos para usar como matéria-prima nas indústrias.

As maiores reservas mundiais conhecidas de ETR estão localizadas na China, Vietnã, Brasil, Rússia e Índia, respectivamente.

País

Reservas (Milhões de toneladas – Mt)

China

44

Vietnã

22

Brasil

21

Rússia

12

Índia

6,9

As maiores reservas mundiais de ETR. Fonte: U.S.GEOLOGICAL SURVEY, 2022

Em relação à produção, a China segue se destacando e produziu cerca de 140 Mt em 2020. 

Vale ressaltar que há um esforço mundial no desenvolvimento da cadeia produtiva de ETR diante da sua importância em produtos de alta tecnologia e energia limpa

De acordo com Fernando Landgraf (Escola Politécnica USP), o mercado mundial de terras raras é relativamente pequeno em termos financeiros, movimentando cerca de 5 bilhões de dólares por ano.

A viabilidade dos projetos de extração de ETR depende de pontos importantes a serem destacados, como: mercado pequeno, altos custos de produção, questões tecnológicas e ambientais.

Depósitos de Terras Raras no Brasil

Os depósitos e ocorrências conhecidos no país são distribuídos em todo o território nacional. Os que apresentam maior importância econômica estão associados aos complexos alcalinos carbonatíticos, principalmente da Província Ígnea do Alto do Paranaíba.

Depósitos de ETR ocorrem em rochas naturalmente ricas influenciadas pelos processos formadores de rochas, como o enriquecimento magmático por fluidos hidrotermais, segregação magmática e/ou redistribuição e concentração por processos superficiais.

Walters et al. (2010) propõe a divisão simplificada de depósitos de ETR em duas categorias principais: 

  1. primário – associado a rochas ígneas e processos hidrotermais;
  2. secundário – formado pela concentração por processos sedimentares e intempéricos.

Confira no quadro abaixo os depósitos brasileiros de ETR e suas classificações.

Desafios da produção de Elementos Terras Raras no Brasil

O potencial brasileiro para ETR é grande. Hoje, o país tem a segunda maior reserva mundial com 21 Mt de reserva lavrável de óxidos de terras raras (OTR). 

Este cenário, no entanto, não coloca o Brasil em vantagem em relação aos demais países, visto que há necessidade de forte investimento no desenvolvimento das rotas tecnológicas de cada depósito. Isto porque cada mineralização exige rotas adequadas ao tipo de minério de forma a ser economicamente viável, pois são processos caros, de baixo rendimento e altamente poluentes.

Apesar do crescimento no consumo de produtos de energia limpa e carros elétricos, que utilizam OTR na sua fabricação, a demanda por este bem mineral não apresentará um aumento significativo para viabilizar os diferentes projetos que estão em andamento no mundo.

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Lítio: entenda o motivo desse elemento ser cada vez mais relevante na mineração

O lítio foi descoberto em 1818 e é um metal leve, comumente encontrado em rochas magmáticas, não ocorrendo de maneira livre na natureza, por ser um minério bastante raro. Vale ressaltar que uma importante personalidade brasileira, José Bonifácio de Silva Andrada, descobriu 2 minerais de lítio, descrevendo e nomeando o espodumênio e a petalita.

De acordo com a S&P Global, a demanda de lítio deverá atingir 2 milhões de toneladas até 2030 e nesse contexto o Brasil pode ser um dos principais países produtores pois concentra a maior parte das reservas mundiais de lítio na América Latina.

Minerais de Lítio. Fonte: CPRM (https://www.cetem.gov.br/antigo/images/eventos/2016/ii_litio_brasil/apresentacoes/2-avaliacao_do_potencial_geologico_de_litio_br.pdf)

Esse elemento já foi nomeado inclusive como “ouro branco do século 21” já que devido a transição energética que o mundo está passando, ele pode ser utilizado em diversas fontes de energias renováveis, que devem ser adotadas pela maioria dos países nos próximos anos, sendo seu principal uso em baterias de veículos elétricos  Para saber mais sobre o lítio, leia este conteúdo até o final!

Mineração no Brasil

Em 2008, apenas 3 países tinham 85% de todo o lítio já encontrado até aquele ano no mundo, a procura por esse minério começou a aumentar bastante nos últimos anos, devido a transição energética que vai acontecer para fontes mais limpas de energia. Em 2020, segundo a USGS, o Brasil foi o quinto maior produtor de lítio, atingindo 1900 toneladas, o Chile atingiu 18 mil toneladas, sendo o segundo e a Austrália ficou em primeiro atingindo 40 mil toneladas.

Algumas pesquisas sugerem que a demanda por lítio vai aumentar em até 6 vezes até o ano de 2050. Segundo o diretor geral do SGB-CPRM, hoje a representatividade do Brasil na produção mundial de lítio é de apenas 1,5%, podendo chegar a 5% em cerca de 10 anos, mesmo com essa crescente na produção mundial.

Apesar dessa representatividade ser baixa, existem dados do Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) publicados em 2021 que colocam o país como o sétimo no mundo a ter uma maior quantidade de lítio em seu território. Hoje estima-se que 95 mil toneladas poderiam ser exploradas com tecnologias e leis vigentes, no total de reservas disponíveis, contando o que atualmente é inacessível, está estimado em 470 mil toneladas.

Atualmente, apenas 2 empresas produzem lítio no Brasil, sendo elas a Companhia Brasileira de Lítio (CBL) e a AMG Brasil, havendo uma série de empresas com projetos em andamento. Entre elas, a Sigma Lithium, que deve iniciar a venda do minério até o fim do ano de 2022 e investiu R$ 2,3 bilhões nos seus empreendimentos no país.

O Vale do Jequitinhonha, em Minas Gerais, concentra a maior parte das reservas conhecidas no Brasil, sendo a extração desse minério realizada em pedreiras de pequeno e médio porte. É importante ressaltar que, cada vez mais, existe um esforço do Ministério de Minas e Energia em mapear outras regiões com potencial para produção e exploração de lítio.

Novos estudos para lítio no Brasil

O SGB-CPRM fez uma primeira pesquisa no Vale do Jequitinhonha, nordeste de Minas Gerais, onde estão as principais mineradoras de lítio do estado, a segunda fase do projeto está em finalização e estuda ocorrências nos estados do Rio Grande do Norte e da Paraíba, além disso, uma terceira fase, deve ser iniciada para a verificação de ocorrências no estado do Ceará.

A ideia dessas campanhas é entender mais sobre a Província Pegmatítica da Borborema, localizada entre os estados do Rio Grande do Norte e da Paraíba e conhecer melhor as áreas já mineralizadas, além de descobrir novos depósitos.

Vale ressaltar que o tempo entre descobrir o lítio em um local e se começar a produção pode chegar até dez anos, pois existem alguns desafios, entre eles, o de agregar valor ao minério que o Brasil ainda não domina, sendo essas uma das áreas onde haverá investimento.

Uma das principais indústrias interessadas na mineração de lítio é a indústria automotiva, pois ele é essencial no uso de veículos elétricos, já que, para fabricar uma bateria para este tipo de automotivo, é necessário lítio.

Lítio e a energia limpa

Atualmente, 70% do lítio mundial já é usado para a produção de baterias e espera-se um salto da produção brasileira até 2025, já que essa demanda vai ser cada vez maior e espera-se que cada vez mais veículos elétricos estejam presentes no país. A Tesla, que é uma das principais empresas do mundo, revelou que quase metade dos veículos que produziu no primeiro semestre deste ano foram equipados com baterias de fosfato de ferro e lítio.

Carro Bateria 2
Bateria de lítio. Fonte: https://carroeletrico.com.br/blog/bateria-litio/

Além de baterias para veículos elétricos, ele é usado também para a energia solar, eólica e em reatores de energia nuclear. Na própria estratégia do Departamento de Energia dos Estados Unidos, o lítio está entre as 16 matérias primas consideradas fundamentais para a transição energética.

Decreto que facilita o comércio de Lítio no Brasil

No dia 06 de Julho de 2022, foi publicado no Diário Oficial da União (DOU) o Decreto n° 11.120, que promove a abertura e dinamização do mercado brasileiro de lítio. Este decreto permite as operações de comércio exterior de minerais e minérios de lítio e seus derivados e possui o objetivo de posicionar o Brasil como um dos principais países para a mineração de lítio.

Lítio. Fonte: Metais BR (https://www.metaisbr.com/wp-content/uploads/Produto-Litium.jpg)

Com essa flexibilização, são esperados mais de 7 mil empregos diretos na mineração do lítio, chegando a um total de 84 mil empregos diretos e indiretos na sua cadeia produtiva. Dessa forma, o lítio será cada vez mais estratégico não só para o país, mas para o mundo nos próximos anos.


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Referências:

https://forbes.com.br/forbes-money/2022/07/brasil-pode-se-tornar-uma-potencia-na-producao-de-litio-diz-sigma/

https://www.tecmundo.com.br/ciencia/231948-brasil-precisa-ciencia-explorar-litio-agredir-ambiente.htm

https://www.in.gov.br/en/web/dou/-/decreto-n-11.120-de-5-de-julho-de-2022-413346932

https://www.cetem.gov.br/antigo/images/eventos/2016/ii_litio_brasil/apresentacoes/2-avaliacao_do_potencial_geologico_de_litio_br.pd

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