Obtenção de Neodímio

João Batista Ferreira Neto João Ricardo Filipini da Silveira Fernando JG Landgraf

Elementos de Terras Raras Demanda

Brasil ~1% da demanda mundial: ~1.500 t

Baterias/ligas (La, Nd, Pr)

Imãs (Nd, Pr, Dy)

Catálise (Nd, La)

Polimento (La, Pr)

Vidros (Ce, Er, Gd, La, Nd, Y)

25 mil t

Rota de produção dos imãs Nd-Fe-B

Minério

Concentrado

Óxido

Metal (Nd)

Liga

Pó

Sinterizado/imã

Rota de produção dos imãs Nd-Fe-B

Minério

Concentrado

Óxido

Metal (Nd)

Liga

Pó

Sinterizado/imã

CBMM

Domínio (Universidades

/Institutos)

Não Dominado

CBMM e as TR Minério de pirocloro (2,5% Nb) Processa 6 milhões de t/ano para chegar em 200 mil t/ano de concentrado (55%Nb) Resulta 90 mil t/ano FeNb Rejeito: 5,8 milhões t que contém um mineral que é a Monazita (Ce,La,Nd,Th)PO4 na concentração de ~3 a 6% (mesmo teor de Nb) Significa: ~35 mil t/ano de Nd (conseguiria suprir a demanda mundial)

CBMM e as TR

Concentração: Planta piloto já em operação: 1.000 t/ano (sulfato duplo de terras raras TR(SO4)2 – 37 a 40% de óxidos de terras raras. Ampliando planta para 3.000 t/ano No momento estuda separação dos óxidos por extração por solvente, mas já tem planta piloto de separação em construção (final 2013) – 8 t óxidos/ano 4 produtos previstos: Concentrado de Nd e Pr; concentrado de Ce, concentrado de La e concentrado dos pesados

Tecnologias para Redução do Nd2O3

Metalotérmica

- Produção de lingotes em batelada

- Consumo de material redutor

- Dentre os redutores possíveis é comum o uso de cálcio pelo seu maior potencial de redução para diferentes tipos de sais (haletos)

- Necessita de cuidados especiais (reator com gás inerte)

Eletrólise em sais fundidos

- Possibilidade de produção contínua.

- Consumo de energia elétrica

- Ânodo de carbono e catodo de tungstênio, molibdênio ou ferro (consumido para produção de ligas)

Eletrólise

Data de publicação das patentes

Metalotérmica

Eletrólise

Levantamento Patentes

Local de publicação das patentes

Metalotérmica

Eletrólise

Levantamento Patentes

Eletrólise

Local e data de publicação das patentes

Eletrólise

Empresas detentoras e data de publicação

Maioria Chinesas e Japonesas

Metalotérmica

Óxido Nd mais estável que o Al2O3 Ca é o redutor mais indicado Nd2O3 + 3 Ca = 2 Nd + 3 CaO

Metalotérmica Processo de redução direta com Ca nunca funcionou adequadamente: Nd2O3 não totalmente reduzido (barreira do produto da reação à difusão do Ca e necessidade de hidratação da CaO para remoção oxidava o Nd aumentando o teor de oxigênio acima de níveis aceitáveis). Possibilidade de redução em sais fundidos: Alta solubilidade do Ca em sais fundidos (CaCl2) Ca dissolvido no sal reage com Nd2O3 formando CaO (solúvel no sal) e Nd precipitado Vantagem: Sem interface contendo produtos de reação (CaO) – barreira para difusão, controle exotermicidade de reação (evita superaquecimento e aglomeração), controle taxa de reação (controle nível de atividade do Ca no sal)

Eletrólise em sais fundidos de Terras raras (Nd2O3)

Eletrólise em sais de fluoretos: - Cloretos menos estáveis – gera Cl2 diminuindo eficiência de corrente - Fluoretos menos higroscópicos e têm maior condutividade que os

cloretos, - Fluoretos mais estáveis termodinamicamente e têm mais baixa

pressão de vapor.

- Fluoretos têm maior solubilidade de óxidos de terras

- Fluoretos são usados em escala de produção

Eletrólise em sais fundidos de Terras raras (Nd2O3)

NdF3 adicionado ao eletrólito para aumentar a solubilidade do Nd2O3 Eletrólito: LiF (Tf = 846°C) estável do ponto de vista termodinâmico, ou Eutético: LiF-CaF2 (52,7% LiF) M.P = 760°C

Eletrólise em sais fundidos de Terras raras (Nd2O3)

Anodo de grafite: gera CO2 no anodo Catodo de W, Mo, Ta (baixa solubilidade no Nd) T trabalho: 850°C (Nd sólido) ou acima de 1024°C (Nd liq)

• Produtores de Metal – Canadá

• Great Western Minerals Group – Planta localizada em: Hooton Park, Birkenhead – Reino Unido

– Operada pela empresa: LCM –Less Commom Metals

– Processo de Redução: Eletrólise em sais fundidos – planta começou a operar em 2013. – capacidade não especificada

– Eletrólise de REO (REO=óxidos de terras raras, nesse caso mais especificamente neodímio, não há informação para outros REEs)

• Produtores de Metal – Austrália

• Lynas Services Pty Ltd (Lynas Corporation). – Planta localizada em: Malásia

– Processo de Redução: Eletrólise em sais fundidos (Catodo de Mo ou W, anodo de C, LiF como eletrólito)– planta piloto com capacidade de 100 t/ano: previsão de partida para janeiro/14.

– Em caso de sucesso, pretende-se construir unidade de 4000 t/ano

– Eletrólise de REO (Didímios (Pr+Nd) e Lantânio).

Especificação de Produtos

– Processos de redução Metalotérmicos e eletrólise podem produzir materiais com pureza entre 98 a 99 %. Para alcançar maiores purezas deve-se utilizar matéria-prima já com purezas elevadas, podendo chegar a metais com 0,5 % de impurezas (Gupta e Krisnamurthy, 2004)

– Fonte de impurezas:

» Fe, Ni, Co, Cu, Ta, C – origem do material do(s) reator(es).

» O, F, Cl – de matérias primas ou eletrólitos.

» Cadinhos de Ta resultam em 0,05 % desse metal como impureza. Para redução de Nd essas contaminações podem chegar a 300 ppm. Y chega a 5000 ppm.

» Mo, Zr, Ti, W, Al – de cadinhos, refratários, eletrodo, ...

Gupta e Krisnamurthy, 2004