Bastnäsite

Bastnäsite é um grupo de fluorocarbonatos de terras raras minerais que inclui bastnäsite-(Ce), bastnäsite-(La) e bastnäsite-(Y), com cada tipo nomeado após o elemento de terra rara dominante que contém (cério, lantânio e ítrio, respectivamente). Esses minerais são tipicamente marrons, marrom-avermelhados ou amarelados e têm um brilho vítreo a resinoso. Eles são encontrados principalmente em carbonatos ricos depósitos hidrotermais, frequentemente associado a outros minerais de terras raras, como monazita e xenotima.

História e descoberta
Bastnäsite foi descoberto pela primeira vez em 1838 em Bastnäs, Suécia, de onde deriva seu nome. Foi identificado nos rejeitos das minas de Bastnäs, que eram exploradas principalmente para cobre e a cobalto. As propriedades únicas da bastnäsite, como seu alto teor de cério e outros elementos de terras raras, levaram ao aumento do interesse no mineral. Desde sua descoberta, a bastnäsite depósitos foram encontrados em outros locais do mundo, incluindo China, Estados Unidos e Madagascar.

Importância no contexto dos elementos de terras raras
Bastnäsite é uma fonte crucial de elementos de terras raras (REEs), particularmente elementos de terras raras leves (LREEs) como cério, lantânio e neodímio. Esses elementos são essenciais para várias aplicações de alta tecnologia, incluindo a produção de ímãs permanentes, conversores catalíticos e fósforos para iluminação e displays. Os depósitos de bastnäsite são significativos porque geralmente contêm altas concentrações de REEs, tornando-os economicamente viáveis ​​para mineração e processamento. O mineral se tornou cada vez mais importante devido à crescente demanda por REEs em tecnologias de energia renovável, eletrônicos e outras indústrias avançadas. Como resultado, a bastnäsite desempenha um papel fundamental nas cadeias de suprimentos globais de materiais críticos.

Composição química e estrutura da bastnäsita

Composição química
Bastnäsite é um mineral de fluorocarbonato com a fórmula química geral (REE)CO3F\text{(REE)}\text{CO}_3\text{F}(REE)CO3​F, onde “REE” representa elementos de terras raras, principalmente cério (Ce), lantânio (La) e ítrio (Y). A composição específica pode variar com base no elemento de terras raras dominante, resultando em diferentes variedades do mineral:

• Bastnäsite-(Ce): CeCO3F\texto{CeCO}_3\texto{F}CeCO3​F
• Bastnäsite-(La): LaCO3F\texto{LaCO}_3\texto{F}LaCO3​F
• Bastnäsite-(Y): YCO3F\texto{YCO}_3\texto{F}YCO3​F

Além desses elementos primários, a bastnäsita também pode conter traços de outros elementos de terras raras, como neodímio (Nd), praseodímio (Pr) e samário (Sm). A presença de flúor (F) em sua estrutura a distingue de outros minerais de terras raras, como monazita e xenotima, que são fosfatos.

Estrutura de cristal
Bastnäsite cristaliza no sistema de cristal hexagonal, especificamente no grupo espacial P63/mmcP6_3/mmcP63​/mmc. Sua estrutura consiste em camadas de cátions de terras raras (como Ce, La ou Y) coordenados a átomos de oxigênio dos grupos carbonato (CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​), com os planos carbonato alternando com camadas contendo átomos de flúor. Os grupos carbonato são trigonal planar, e cada cátion REE é cercado por nove átomos de oxigênio formando uma geometria de coordenação trigonal prismática tricapped.

Essa estrutura em camadas permite flexibilidade significativa na composição do mineral, acomodando vários elementos de terras raras na rede cristalina. A presença de flúor estabiliza ainda mais a estrutura, influenciando as propriedades físicas do mineral, como sua maciez relativa (dureza de Mohs de 4–4.5) e suas propriedades de clivagem.

Implicações Estruturais
A estrutura única da bastnäsite contribui para sua importância como fonte de elementos de terras raras. A presença de grandes cátions como cério e lantânio na rede permite uma extração relativamente fácil desses elementos durante a mineração e o processamento. Além disso, a estabilidade do mineral em ambientes hidrotermais o torna um excelente indicador de processos geológicos associados a concentrações de elementos de terras raras, contribuindo para a compreensão da formação de minérios de terras raras.

Ocorrência geológica de Bastnäsite

Tipos de Depósitos
Bastnäsite é encontrado principalmente em dois tipos de depósitos: primário e a secundário.

1. Depósitos primários:
   Os depósitos primários de bastnäsite estão associados a carbonatito e complexos ígneos alcalinos. Esses depósitos se formam quando elementos de terras raras são concentrados por processos magmáticos, particularmente em magmas ricos em carbonato. À medida que esses magmas esfriam e cristalizam, a bastnäsite se forma como um mineral primário, geralmente junto com outros minerais de terras raras, como monazita e xenotima. Os complexos de carbonatito, que são formações rochosas ígneas raras compostas principalmente de minerais de carbonato, são as fontes primárias mais significativas de bastnäsite. Exemplos de tais depósitos incluem o depósito de Bayan Obo na China e o Montanha Passe depósito nos Estados Unidos.
2. Depósitos Secundários:
   Os depósitos secundários de bastnäsite se formam através de intemperismo e a alteração de depósitos primários. Quando carbonatito primário ou alcalino rochas sofrem intemperismo químico, a bastnäsite pode ser concentrada em solos residuais ou placers aluviais. Esses depósitos secundários são tipicamente encontrados em regiões onde os depósitos primários foram expostos a intemperismo prolongado. Em tais casos, a bastnäsite pode ser encontrada junto com outros minerais intemperizados em solos lateríticos ou em leitos de riachos onde minerais pesados ​​se acumulam.

Principais localizações globais
Bastnäsite é encontrado em vários locais importantes no mundo todo, onde é frequentemente minerado como fonte primária de elementos de terras raras. Os principais depósitos globais incluem:

• China:
  A China é o maior produtor mundial de bastnäsita e outros elementos de terras raras. O depósito mais significativo está em Bayan Obo na Mongólia Interior, que é o maior depósito de bastnäsita conhecido no mundo. Este depósito está hospedado em um complexo gigante de carbonatito e é uma importante fonte de elementos leves de terras raras, como cério, lantânio e neodímio. Outros depósitos chineses notáveis ​​incluem os depósitos de Weishan e Mianning.
• Estados Unidos:
  O Passe de montanha depósito na Califórnia é um dos depósitos de bastnäsita mais proeminentes fora da China. Descoberto na década de 1940, Mountain Pass foi uma fonte global líder de elementos de terras raras da década de 1960 até o início dos anos 2000. O depósito está associado a uma intrusão de carbonatito e contém altas concentrações de elementos de terras raras leves. Após um período de fechamento, a mineração foi retomada em Mountain Pass em 2012 para atender à crescente demanda por elementos de terras raras.
• Canadá:
  O Canadá abriga vários depósitos de bastnäsita, particularmente em complexos de carbonatita. Exemplos notáveis ​​incluem o Nechalacho depósito nos Territórios do Noroeste e Lago Estranho depósito em Quebec. Esses depósitos são fontes significativas de elementos de terras raras leves e pesadas, e estão sendo explorados para desenvolvimento potencial para diversificar o suprimento global de terras raras.
• Madagáscar:
  O Ambatofinandrahana O depósito em Madagascar contém concentrações significativas de bastnäsite associado a carbonatito e alcalino Rochas ígneas. Este depósito, embora não tão grande quanto os da China ou dos Estados Unidos, contribui para o fornecimento global de elementos de terras raras.
• Gronelândia:
  A Groenlândia é o lar do Kvanefjeld e a Tanbreez depósitos, que contêm bastnäsite e outros minerais de terras raras. Esses depósitos são parte do complexo alcalino de Ilímaussaq e são ricos em elementos de terras raras leves e pesados. Os depósitos da Groenlândia estão atraindo atenção internacional devido ao seu potencial como novas fontes de elementos de terras raras.
• Austrália:
  Na Austrália, a bastnäsita é encontrada em vários locais, incluindo Monte Solda depósito na Austrália Ocidental. Mount Weld é um dos depósitos de terras raras de mais alto grau do mundo e está sendo ativamente minerado. O depósito está hospedado em um carbonatito profundamente intemperizado e é notável por suas altas concentrações de elementos de terras raras leves e pesadas.

Esses locais destacam a diversidade geológica das ocorrências de bastnäsite, variando de depósitos primários em complexos de carbonatito a concentrações secundárias em solos intemperizados e depósitos aluviais. A distribuição global de bastnäsite é crítica para o fornecimento de elementos de terras raras, especialmente em um mundo cada vez mais dependente desses materiais para aplicações de alta tecnologia e tecnologias de energia renovável.

Aplicações e usos de Bastnäsite

Fonte de Elementos de Terras Raras para Várias Indústrias
Bastnäsite é uma das principais fontes de elementos de terras raras leves (LREEs), como cério, lantânio e neodímio, que são cruciais para várias aplicações industriais e de alta tecnologia. Esses elementos de terras raras extraídos de bastnäsite são usados ​​em várias indústrias importantes:

• Eletrônicos:
  Elementos de terras raras da bastnäsita, como neodímio e praseodímio, são essenciais para a produção de ímãs de alto desempenho usados ​​em dispositivos eletrônicos como smartphones, fones de ouvido e discos rígidos de computador. Cério e lantânio também são usados ​​na fabricação de vidros especiais para lentes ópticas e sensores de câmera, bem como em pós de polimento para refinar superfícies de vidro.
• Ímãs:
  Um dos usos mais importantes dos elementos de terras raras da bastnäsita é na produção de Ímãs de neodímio-ferro-boro (NdFeB). Esses ímãs são o tipo mais forte de ímãs permanentes disponíveis e são amplamente usados ​​em várias aplicações, incluindo motores de veículos elétricos, geradores de turbinas eólicas e unidades de disco rígido. O neodímio extraído da bastnäsita é um componente crítico nesses ímãs poderosos devido à sua alta força magnética e resistência à desmagnetização.
• Vidro e Cerâmica:
  O óxido de cério, obtido da bastnäsita, é usado no polimento e descoloração de vidros. Ele serve como um agente de polimento para óptica de precisão e superfícies de vidro. Além disso, o cério e o lantânio são usados ​​para melhorar a propriedades ópticas de vidro, tornando-o mais resistente à luz ultravioleta e aumentando sua transparência. Na cerâmica, esses elementos contribuem para a produção de produtos de vidro e cerâmica especializados com alta resistência a choques térmicos e corrosão química.

Papel nas tecnologias de energia renovável
Bastnäsite desempenha um papel vital no avanço das tecnologias de energia renovável por meio de seus elementos de terras raras:

• Turbinas eólicas:
  Elementos de terras raras como neodímio e disprósio, que podem ser obtidos de bastnäsita, são essenciais para a produção de ímãs permanentes usados ​​em geradores de turbinas eólicas. Esses ímãs são cruciais para a eficiência e confiabilidade de turbinas eólicas de acionamento direto, que não exigem uma caixa de engrenagens e, portanto, oferecem manutenção reduzida e maior eficiência. Isso tornou os elementos de terras raras indispensáveis ​​para o crescimento da energia eólica como uma fonte de energia sustentável.
• Veículos elétricos (VEs):
  O neodímio da bastnäsite é usado na produção de ímãs leves e poderosos, essenciais para motores de veículos elétricos (EV). Esses ímãs de terras raras fornecem alto torque e desempenho eficiente, que são essenciais para a operação de EVs. A crescente adoção de EVs como parte dos esforços globais para reduzir as emissões de carbono aumentou a demanda por bastnäsite como fonte de elementos de terras raras.
• Painéis solares:
  Alguns elementos de terras raras obtidos da bastnäsita, como lantânio e cério, são usados ​​em revestimentos e fósforos específicos para painéis solares. Esses materiais podem aumentar a eficiência das células fotovoltaicas ao melhorar as taxas de absorção e conversão de luz, contribuindo assim para uma coleta de energia solar mais eficaz.

Uso em catalisadores e fósforos
Elementos de terras raras derivados de bastnäsita também são usados ​​na produção de catalisadores e fósforos:

• Catalisadores:
  Cério, um elemento de terras raras extraído da bastnäsita, é amplamente utilizado em conversores catalíticos automotivos. Esses catalisadores ajudam a reduzir as emissões nocivas dos veículos ao converter gases tóxicos, como monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx), em substâncias menos nocivas, como dióxido de carbono (CO₂) e nitrogênio (N₂). Catalisadores à base de cério também são usados ​​em petróleo indústria para craqueamento catalítico fluido (FCC), um processo que decompõe grandes moléculas de hidrocarbonetos em componentes mais valiosos de gasolina e diesel.
• Fósforos:
  Elementos de terras raras, como európio, térbio e ítrio, frequentemente encontrados em depósitos de bastnäsita, são componentes-chave em fósforos. Esses materiais são usados ​​na produção de diodos emissores de luz (LEDs), lâmpadas fluorescentes e telas de exibição para televisores, computadores e smartphones. Fósforos feitos de elementos de terras raras fornecem iluminação e exibições brilhantes, duradouras e com eficiência energética.

Bastnäsite é um mineral crucial para inúmeras aplicações industriais e de alta tecnologia. É uma fonte primária de elementos de terras raras que são essenciais para a produção de eletrônicos avançados, ímãs poderosos, produtos de vidro e cerâmica, tecnologias de energia renovável, catalisadores automotivos e fósforos para iluminação e displays. À medida que a demanda global por essas aplicações continua a crescer, a importância da bastnäsite como um recurso estratégico na cadeia de suprimentos de elementos de terras raras provavelmente aumentará, ressaltando seu papel crítico na tecnologia moderna e soluções de energia sustentável.

Processamento e refinamento de Bastnäsite

O processamento e o refinamento de bastnäsite para extrair elementos de terras raras (REEs) envolvem vários estágios, incluindo mineração, beneficiamento, extração química, separação e purificação. Devido à sua complexidade mineralogia, o processamento de bastnäsita requer técnicas especializadas para recuperar eficientemente os valiosos elementos de terras raras, minimizando ao mesmo tempo o impacto ambiental.

1. Mineração e Beneficiamento

• mineração:
  Bastnäsite é tipicamente extraído de minas a céu aberto ou subterrâneas, dependendo da profundidade do depósito e das características geológicas. Uma vez extraído, o minério bruto é transportado para uma instalação de processamento para tratamento posterior.
• Beneficiamento:
  O primeiro passo no processamento do minério de bastnäsita é o beneficiamento, que visa concentrar os minerais de terras raras e remover materiais indesejados como silicatos e carbonatos. Isso é obtido por meio de uma combinação de métodos físicos, como britagem, moagem e flotação.
  • Esmagamento e moagem: O minério é triturado em pequenas partículas para liberar o mineral bastnäsite da rocha ao redor. Isso é seguido pela moagem, que reduz ainda mais o tamanho das partículas para aumentar a eficiência dos processos de separação subsequentes.
  • Flutuação: O minério moído é submetido à flotação de espuma, onde produtos químicos (coletores, espumantes e modificadores) são adicionados para fixar seletivamente as partículas de bastnäsita às bolhas de ar. As bolhas sobem à superfície, formando uma espuma que pode ser retirada, concentrando a bastnäsita enquanto descarta o material residual. Isso resulta em um concentrado rico em bastnäsita que normalmente contém 60-70% de óxidos de terras raras (REOs).

2. Extração e decomposição química

• Torrefação e lixiviação ácida:
  O concentrado de bastnäsita é frequentemente torrado em altas temperaturas (600-800°C) para remover carbonatos, fluoretos e quaisquer minerais de ganga restantes. Este processo também converte o cério, um componente principal da bastnäsita, de seu estado trivalente (Ce^3+) para seu estado tetravalente (Ce^4+), o que facilita sua remoção em etapas subsequentes. Após a torrefação, o material é submetido a lixiviação ácida (normalmente com ácido clorídrico ou ácido sulfúrico) para dissolver os elementos de terras raras na solução, deixando para trás as impurezas insolúveis.
• Precipitação e Extração por Solvente:
  O lixiviado, que contém uma mistura de cloretos de terras raras, passa por várias etapas de precipitação para remover elementos indesejados como ferro, alumínio, e cálcio. A solução purificada é então tratada usando extração de solvente, um processo onde solventes orgânicos se ligam seletivamente a elementos de terras raras específicos, separando-os com base em suas diferentes afinidades químicas. Este processo é repetido várias vezes para atingir um alto nível de separação e pureza para cada elemento de terras raras individual.

3. Separação e Purificação

• Troca iônica:
  Após a extração do solvente, a solução restante pode ser refinada ainda mais usando técnicas de troca iônica. Resinas de troca iônica adsorvem seletivamente íons de terras raras específicos da solução, permitindo a separação adicional de elementos intimamente relacionados, como neodímio e praseodímio. Este método é particularmente útil para atingir altos níveis de pureza necessários para aplicações especializadas, como em eletrônica e óptica.
• Calcinação e Redução:
  Os compostos de terras raras separados são então precipitados, filtrados e secos para produzir óxidos de terras raras. Esses óxidos podem ser posteriormente refinados por meio de calcinação, um processo que envolve aquecê-los a altas temperaturas para remover qualquer umidade residual, materiais orgânicos ou outras impurezas. Para produzir terras raras metálicas, os óxidos são submetidos a uma processo de redução, como eletrólise ou redução metalotérmica, normalmente usando cálcio ou alumínio.

4. Considerações Ambientais
O processamento de bastnäsite para extrair elementos de terras raras envolve o manuseio de produtos químicos perigosos e a geração de resíduos significativos, incluindo águas residuais ácidas, resíduos radioativos (se houver tório) e materiais de resíduos sólidos. Para mitigar esses impactos:

• Gestão de resíduos: Resíduos de flotação, resíduos de lixiviação e efluentes de processos de extração por solventes devem ser cuidadosamente gerenciados para evitar contaminação ambiental.
• Reciclagem e Recuperação: O desenvolvimento de sistemas de circuito fechado para reciclar reagentes e recuperar terras raras de fluxos de resíduos é cada vez mais importante para reduzir o consumo de recursos e a produção de resíduos.
• Manuseio de elementos radioativos: Em alguns depósitos de bastnäsite, tório ou urânio pode estar presente em pequenas quantidades, exigindo medidas especiais para descarte seguro e contenção de materiais radioativos.

Conclusão

O processamento e o refino de bastnäsite para extrair elementos de terras raras é um processo complexo e de várias etapas que envolve beneficiamento físico, extração química e técnicas sofisticadas de separação. Embora o processo seja intensivo em energia e recursos, os avanços nas tecnologias de extração e refino continuam a melhorar a eficiência, a relação custo-benefício e a pegada ambiental do processamento de bastnäsite, que é vital para manter um suprimento sustentável de elementos de terras raras essenciais para as indústrias modernas e tecnologias de energia renovável.