Elementos de Terras Raras (REEs) são um grupo de 17 elementos quimicamente semelhantes, cruciais para inúmeras indústrias de alta tecnologia. Esses elementos incluem os 15 lantanídeos da tabela periódica, além do escândio e do ítrio, que tendem a ocorrer no mesmo depósitos de minério e exibem propriedades químicas semelhantes. Apesar do nome, os REE são relativamente abundantes na crosta terrestre, mas as suas concentrações são baixas, o que torna a sua exploração económica difícil.

Breve História e Descoberta

A descoberta dos REEs começou no final do século XVIII. O primeiro mineral de terras raras descoberto foi a gadolinita, um composto de cério, ítrio, ferro, silício e outros elementos, extraídos em uma vila na Suécia. Ao longo do século seguinte, todos os elementos de terras raras foram identificados. A descoberta foi liderada predominantemente por químicos que isolavam novos elementos de minerais onde esses elementos normalmente ocorrem. Suas configurações eletrônicas únicas dificultam sua separação, levando a avanços nas técnicas de separação química.

Importância dos REEs na Tecnologia Moderna

Os REEs são essenciais para a tecnologia moderna e essenciais na fabricação de uma ampla gama de aplicações de alta tecnologia. Eles são componentes-chave na produção de ímãs permanentes usados ​​em turbinas eólicas e motores de veículos elétricos, fósforos em displays coloridos, baterias e cerâmicas avançadas. Suas propriedades magnéticas, luminescentes e eletroquímicas únicas os tornam insubstituíveis em muitas aplicações, incluindo smartphones, computadores e tecnologias de defesa. A procura de REE aumentou com a expansão destes mercados de alta tecnologia, destacando o seu papel no desenvolvimento económico global e no avanço tecnológico.

A sua importância estende-se também a considerações estratégicas, à medida que os países competem pelo acesso e controlo sobre estes recursos cruciais, sublinhando as implicações geopolíticas das cadeias de abastecimento de terras raras. A dependência tecnológica dos REE significa que estes continuam a desempenhar um papel fundamental na formação de cenários tecnológicos modernos e nos esforços de sustentabilidade em todo o mundo.

O que são elementos de terras raras?

Elementos de terras raras (REEs) são um conjunto de dezessete elementos metálicos que incluem quinze lantanídeos na tabela periódica, além de escândio e ítrio. Esses elementos compartilham propriedades químicas semelhantes, mas possuem comportamentos físicos distintos, principalmente em suas características eletrônicas e magnéticas. Os REEs são conhecidos por sua capacidade de conduzir eletricidade, gerar luz e aumentar o magnetismo, o que os torna altamente valiosos em diversas aplicações de alta tecnologia.

Lista de elementos classificados como REEs

Os 17 elementos classificados como REEs incluem:

  1. Escândio (Sc)
  2. Ítrio (Y)
  3. Lantânio (La)
  4. Cério (Ce)
  5. Praseodímio (Pr)
  6. Neodímio (Nd)
  7. Promécio (Pm)
  8. Samário (Sm)
  9. Európio (UE)
  10. Gadolínio (Gd)
  11. Térbio (TB)
  12. Disprósio (Dy)
  13. Hólmio (Ho)
  14. Érbio (Er)
  15. Túlio (Tm)
  16. Itérbio (Yb)
  17. Lutécio (Lu)

Esses elementos são frequentemente encontrados juntos em vários minérios e são notoriamente difíceis de separar devido às suas propriedades químicas semelhantes.

Abundância e Distribuição Geográfica

Distribuição global de terras raras | Nó espacial

Embora denominados “raros”, os elementos de terras raras são bastante abundantes na crosta terrestre. No entanto, raramente são encontrados em formas concentradas, o que torna sua extração economicamente difícil. Eles são menos abundantes que metais comuns como o ferro, mas são mais prevalentes que metais preciosos como ouro.

A distribuição geográfica dos REE é bastante variada:

  • China é o maior produtor de REEs, controlando uma parcela significativa da oferta mundial. O país possui extensas operações de mineração e capacidades avançadas de processamento que atendem a uma grande fração da demanda global.
  • Australia também possui reservas consideráveis ​​de terras raras e é um dos principais exportadores desses elementos.
  • Estados Unidos tem recursos REE, especialmente na Califórnia Montanha Passe minas e potenciais reservas inexploradas em outros locais.
  • Índia, Brasil e Malásia também contribuem para o fornecimento global de terras raras, embora em menor grau do que a China e a Austrália.
  • Localização: Canadá e alguns países africanos como Burundi e Tanzânia estão explorando e desenvolvendo seus recursos REE para entrar no mercado.

Esta distribuição geográfica diversificada é crucial porque envolve considerações geopolíticas, à medida que os países procuram garantir abastecimentos estáveis ​​e sustentáveis ​​destes elementos vitais para as suas indústrias.

Mineração e produção de elementos de terras raras (REEs)

Principais locais de atividades de mineração REE em todo o mundo

  1. China: Domina o cenário global na mineração e processamento de REE, particularmente nas províncias da Mongólia Interior e Sichuan. O controlo da China sobre os REE é extenso, influenciando os preços globais e as cadeias de abastecimento.
  2. Estados Unidos: A mina Mountain Pass, na Califórnia, é uma das REE mais ricas depósitos no Ocidente e tem sido um ponto focal para os esforços dos EUA para revitalizar a sua indústria doméstica de terras raras.
  3. Australia: Uma mineração significativa ocorre na mina Mount Weld, na Austrália Ocidental, um dos depósitos mais ricos de REEs fora da China.
  4. Rússia e Cazaquistão: Ambos os países possuem recursos consideráveis ​​de REE e têm trabalhado para aumentar as suas capacidades de produção.
  5. Índia: Possui várias minas menores que contribuem para as necessidades internas e para a exportação limitada.
  6. Brasil: Possui potencial substancial de REE, especialmente nos estados de Minas Gerais e Goiás.
  7. Vietnã: Tem potencial para produção significativa de REE, com grandes depósitos ainda a serem totalmente explorados.

Técnicas de Mineração e Processamento de REEs

A mineração de REE envolve vários processos complexos e trabalhosos:

  • Processo de: Os REE são extraídos do solo utilizando técnicas tradicionais de mineração, incluindo mineração a céu aberto e, menos comumente, mineração subterrânea.
  • Britagem e Fresagem: O minério é triturado e moído para reduzir o tamanho das partículas de rocha e expor os minerais que contêm os REEs.
  • Concentração: O minério britado é processado por flotação e outros métodos para aumentar a concentração de REEs.
  • Separação: O minério concentrado passa por processos de separação química para individualizar cada elemento. Isso geralmente é feito por meio de extração por solvente, onde diferentes solventes se ligam seletivamente a diferentes REEs.
  • Refinação: Finalmente, os elementos separados são refinados a altos níveis de pureza para uso industrial.

Desafios Ambientais e Geopolíticos Associados à Mineração REE

Desafios Ambientais:

  • Toxicidade: O processamento de REE gera quantidades significativas de resíduos tóxicos e radioativos, que representam graves riscos ambientais e de saúde se não forem geridos adequadamente.
  • Degradação do solo: Extensas operações de mineração perturbam os ecossistemas locais, conduzir à erosão do solo, desmatamento e contaminação de fontes de água.
  • Esgotamento de recursos: A elevada procura de REE pode levar à sobreexploração destes recursos, afectando a sua disponibilidade e conduzindo a esforços de mineração mais intensivos e prejudiciais ao ambiente.

Desafios geopolíticos:

  • Segurança de Suprimentos: Os países fortemente dependentes dos REE para as suas indústrias tecnológicas, especialmente aqueles sem fontes internas, enfrentam riscos significativos associados a interrupções no fornecimento por parte dos principais países produtores.
  • Controle de Mercado: O domínio da China no mercado de REE proporciona-lhe uma vantagem considerável sobre outros países, influenciando a economia e a política globais.
  • Segurança nacional: Os REE são cruciais para as tecnologias de defesa, tornando o acesso seguro e fiável a estes materiais uma questão de segurança nacional para muitas nações.

Estas questões ambientais e geopolíticas exigem uma gestão cuidadosa e cooperação internacional para garantir que a mineração e o processamento de REE sejam sustentáveis ​​e equitativos. Também estão em curso esforços para reciclar REE e desenvolver materiais alternativos que possam substituí-los em determinadas aplicações para mitigar alguns destes desafios.

Aplicações de elementos de terras raras em tecnologia

Figura 1. Aplicações REE dos EUA. Nota: Adaptado [reimpresso] de “Rare Earths Infographic Rev,” por Thorium Energy Alliance, nd (https://bit.ly/3EYEYeN).

1. Eletrônicos

Os elementos de terras raras (REEs) são parte integrante de vários dispositivos eletrônicos, melhorando o desempenho e permitindo funcionalidades que de outra forma seriam difíceis de alcançar:

  • smartphones: REEs são usados ​​na produção de componentes de smartphones, como alto-falantes, microfones e vibradores. O neodímio, por exemplo, é usado nos ímãs que tornam os alto-falantes e microfones mais compactos e potentes.
  • Computadores: REEs como o ítrio e o európio são essenciais para a produção de cores em monitores de computador. O térbio pode ser encontrado em dispositivos de estado sólido, como semicondutores.
  • Câmeras: O lantânio é usado em lentes de câmeras para melhorar a clareza e a correção de cores devido ao seu alto índice de refração e baixas propriedades de dispersão.

2. Energia

No setor das energias renováveis, os REE desempenham um papel vital na funcionalidade e eficiência de diversas tecnologias:

  • Turbinas eólicas: Os ímãs de neodímio são usados ​​em ímãs permanentes de alto desempenho que são essenciais para os geradores de turbinas eólicas. Esses ímãs permitem geradores menores, mais leves e mais eficientes.
  • Painéis solares: Alguns painéis solares avançados usam cério para polir as superfícies de vidro, e outros REEs podem ser usados ​​nos fósforos das células solares.
  • Baterias: REEs como o lantânio e o cério são usados ​​em baterias de níquel-hidreto metálico, encontradas em muitos veículos híbridos e sistemas de armazenamento de energia renovável.

3. automotivo

A indústria automóvel beneficia significativamente das propriedades únicas dos REE, especialmente no desenvolvimento de tecnologias mais sustentáveis:

  • Veículos elétricos (EVs): Os motores de muitos veículos elétricos dependem de ímãs permanentes à base de neodímio para operar com eficiência. Esses ímãs contribuem para o alto desempenho e durabilidade necessários para aplicações automotivas.
  • Tecnologias Híbridas: REEs como o lantânio são componentes-chave nas baterias usadas em carros híbridos, melhorando o armazenamento e a produção de energia.

4. Defesa

Na tecnologia de defesa, as propriedades dos REEs são exploradas pelas suas características de melhoria de desempenho:

  • Sistemas de orientação: O gadolínio e o samário, com suas excepcionais propriedades magnéticas e térmicas, são usados ​​em munições guiadas com precisão e giroscópios.
  • Equipamento de visão noturna: Terras raras como neodímio e érbio são essenciais para óculos de visão noturna, pois melhoram as capacidades de amplificação de luz.
  • Sistemas de comunicação: Vários REEs são usados ​​em dispositivos de comunicação de alto desempenho, tornando-os mais confiáveis ​​sob condições extremas e melhorando as capacidades de processamento de sinal.

Conclusão

As diversas aplicações dos REE na tecnologia destacam o seu papel crítico no avanço das tecnologias modernas e futuras. Suas propriedades magnéticas, ópticas e elétricas exclusivas permitem avanços em uma ampla gama de indústrias, desde produtos eletrônicos de consumo diário até sistemas de defesa críticos. À medida que a tecnologia continua a evoluir, é provável que a procura destes elementos aumente, sublinhando a necessidade de práticas de mineração sustentáveis ​​e da exploração de materiais alternativos ou métodos de reciclagem para mitigar o impacto ambiental.

Impacto Econômico dos Elementos de Terras Raras (REEs)

O impacto económico dos Elementos de Terras Raras (REE) é profundo e multifacetado, influenciando os mercados globais, as indústrias tecnológicas e a dinâmica geopolítica. Aqui está uma análise das principais áreas onde os REE exercem influência económica significativa:

1. Tecnologia e Inovação

Os REE são fundamentais para inúmeras tecnologias verdes e de alta tecnologia, que são essenciais para as transições digitais e ecológicas atualmente em curso a nível mundial. Permitem a miniaturização e a melhoria de dispositivos eletrónicos, como smartphones e computadores portáteis, e são indispensáveis ​​no desenvolvimento de tecnologias de energias renováveis, como turbinas eólicas e veículos elétricos (VE). O impulso para tecnologias mais sustentáveis ​​e eficientes depende fortemente das propriedades únicas dos REE, levando ao crescimento nos setores que fabricam estes produtos.

2. Cadeia de suprimentos e manufatura

Os setores industriais em países com acesso a REE ou à tecnologia para processá-los ganham uma vantagem competitiva. Isto é evidente no domínio da China, que não só extrai, mas também processa uma parte significativa dos REE mundiais. Este controlo sobre a oferta tornou a China num interveniente fundamental na cadeia de abastecimento global de tecnologias que requerem estes elementos, influenciando tudo, desde os custos de produção até à inovação nas técnicas de fabrico.

3. Comércio Global e Geopolítica

A importância estratégica dos REE tornou-os num ponto focal nas relações internacionais e nas políticas comerciais. Os países que dependem destes elementos para as suas indústrias tecnológicas ficam muitas vezes em desvantagem nas negociações com os países fornecedores. Isto levou a tensões geopolíticas, especialmente onde as nações pressionam pela diversificação da oferta para evitar a dependência de uma única fonte, principalmente a China. Os esforços para estabelecer fornecimentos alternativos e melhorar a reciclagem de REE são parcialmente impulsionados por estas pressões económicas e geopolíticas.

4. Criação de Emprego e Desenvolvimento Económico

As regiões que investem em instalações de mineração e processamento de REE podem experimentar um desenvolvimento económico significativo e a criação de emprego. No entanto, os benefícios são muitas vezes contrabalançados pela necessidade de investimentos substanciais em tecnologia e infra-estruturas para gerir os impactos ambientais da mineração de REE. Por exemplo, os EUA e a Austrália estão a investir ativamente em toda a cadeia de abastecimento de REE, desde a mineração até às capacidades de processamento avançado, com o objetivo de criar empregos e melhorar as suas bases industriais.

5. Volatilidade de preços e dinâmica de mercado

O mercado dos REE está sujeito a uma volatilidade de preços significativa devido à sua natureza crítica e à cadeia de abastecimento concentrada. As perturbações no fornecimento, sejam elas causadas por agitação política, disputas comerciais ou regulamentações ambientais, podem levar a aumentos acentuados de preços que se repercutem em vários setores. Esta volatilidade incentiva o investimento na reciclagem de REE e no desenvolvimento de materiais alternativos que podem reduzir a dependência das terras raras extraídas.

6. Custos e Investimentos Ambientais

A extracção e o processamento de REE acarretam elevados custos ambientais, que podem traduzir-se em encargos económicos devido à limpeza, ao controlo da poluição e aos impactos na saúde das comunidades locais. São necessários investimentos em tecnologias de processamento mais limpas e eficientes para mitigar estes impactos, acrescentando outra camada à análise económica da produção de REE.

Conclusão

O impacto económico dos REE estende-se a várias dimensões da economia global, desde o reforço das capacidades das indústrias de alta tecnologia até à influência nas políticas comerciais internacionais. À medida que o mundo se volta cada vez mais para soluções baseadas na tecnologia para os desafios energéticos e ambientais, o papel dos REE só aumentará, destacando a necessidade de práticas sustentáveis ​​e estratégias económicas robustas para gerir eficazmente estes recursos críticos.