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Metalurgia

A primeira etapa do superímã

IPT desenvolve processo de transformação de terras-raras em metal para uso em magnetos mais potentes para a indústria

João Batista Ferreira Neto
     
Um passo importante foi dado para o Brasil produzir superímãs no futuro. O desenvolvimento de tecnologia para a produção do didímio – um conjunto de dois metais precursores de ligas para ímãs de maior densidade de fluxo magnético – abre caminho para a fabricação desse produto ainda inédito no país. O didímio é formado por dois elementos de terras-raras, o praseodímio (Pr) e o neodímio (Nd), do grupo dos lantanídeos. Os ímãs de alta potência são utilizados, por exemplo, em motores de veículos elétricos e geradores de eletricidade em turbinas eólicas. A novidade anunciada em fevereiro é fruto de uma parceria entre o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) e a Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial (Embrapii), ligada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI).

No projeto iniciado em 2014, o grupo de pesquisadores do IPT, do Laboratório de Processos Metalúrgicos, sob a liderança do engenheiro metalurgista João Batista Ferreira Neto, desenvolveu tecnologia para transformar o óxido de didímio, um pó de cor semelhante ao de café, em lingotes de metal puro. “Desenvolvemos a etapa da redução, o que significa transformar o óxido [retirar o oxigênio] em metal. Para isso montamos reatores que trabalham a 1.200 graus Celsius (°C) e produzem barras de didímio metálico. Esse material, em uma fase seguinte, da qual também pretendemos desenvolver tecnologia, será usado na produção de uma liga metálica de didímio, ferro e boro para a posterior fabricação do superímã”, explica João. O projeto de desenvolvimento do didímio metálico teve o custo de R$ 9 milhões, sendo R$ 3 milhões da CBMM, R$ 3 milhões da Embrapii e a parte do IPT contabilizada com equipamentos, infraestrutura e a remuneração de sete pesquisadores.

Campo magnético
Para chegar ao ímã é preciso obter a liga didímio-ferro-boro em pó e fazer o alinhamento das partículas por meio do campo magnético aplicado durante a compactação, seguido de sinterização (solidificar o material) e tratamento térmico, dando assim origem ao ímã. Os ímãs feitos no país são de ferrite, à base de bário ou estrôncio, presentes, por exemplo, nos pequenos adesivos fixados na geladeira. Os ímãs que contêm neodímio, ferro e boro são pelo menos três vezes mais potentes que os de ferrite em relação ao campo magnético.

O mercado de ímãs cresce a cada ano. Em 2010, as vendas foram de US$ 2 bilhões no mundo. Em 2020 devem atingir US$ 5 bilhões e em 2030 a previsão é de US$ 10 bilhões, principalmente pelo aumento da importância da energia eólica. Apenas para fabricar os aerogeradores eólicos, a necessidade de ímãs de didímio ou neodímio é de 600 quilos (kg) a 1 tonelada de ímã por megawatt (MW) instalado (capacidade para suprir 200 residências, em média). A previsão é de que entre 2016 e 2019 sejam instalados mais 10 gigawatts (GW) de energia eólica apenas no Brasil.

Óxido de didímio produzido pela CBMM

Eduardo Cesar Óxido de didímio produzido pela CBMMEduardo Cesar

Atualmente, os ímãs utilizados pela indústria brasileira são importados, embora o país tenha a segunda reserva de terras-raras do mundo, atrás apenas da China. Os chineses são líderes na produção mundial de ímãs e têm a tecnologia tanto de extração e purificação de terras-raras como de produção de ímãs potentes. “Existe pouca informação fora da China sobre a separação de terras-raras e a produção de ligas metálicas para ímãs”, diz João.

Os ímãs comerciais mais potentes utilizados no mundo são de neodímio ou didímio. Nas minas da CBMM em Araxá, Minas Gerais, a produção de terras-raras começa com a separação dos elementos a partir da monazita, mineral encontrado nos rejeitos da exploração do nióbio, entre outros sítios geológicos. O neodímio e o praseodímio sempre aparecem juntos no mesmo mineral.

A CBMM comercializa todos os produtos de nióbio usados pela indústria, como o ferronióbio utilizado em siderurgia, o nióbio metálico puro ou os óxidos especiais desse material. O Brasil é o maior produtor mundial. O nióbio é adicionado aos aços na proporção média de 500 gramas por tonelada. Essa pequena quantidade no aço faz a sua resistência mecânica aumentar sem prejuízo da maleabilidade. Assim é possível utilizar menor quantidade de aço na aplicação final, por exemplo, deixando as chapas de aço mais finas e leves. O nióbio também é usado, por exemplo, em câmaras de combustão de motores de avião. “Não vendemos o material na forma bruta, mas transformamos o nióbio de acordo com as necessidades do cliente. Exportamos 96% das 65 mil toneladas produzidas por ano de nióbio, sendo de 22% a 25% para a China”, diz o presidente da CBMM, o engenheiro metalúrgico Tadeu Carneiro.

“Desenvolvemos a tecnologia para separar a monazita [que contém terras-raras] dos rejeitos. Na primeira fase da separação atingimos o sulfato duplo que contém as 17 terras-raras, todas com uso industrial; o problema é obtê-las de forma econômica”, explica. Também é difícil separar de maneira econômica o neodímio do praseodímio, por isso a empresa utiliza o óxido de didímio. “Construímos uma unidade semi-industrial para a produção de sulfato duplo com capacidade para 3 mil toneladas por ano”, explica Carneiro. Além disso, a CBMM também construiu uma unidade-piloto para separar quatro produtos de terras-raras a partir do sulfato duplo por meio da tecnologia de extração por solventes. O resultado é a obtenção de óxidos de cério, lantânio, didímio e, do outro lado, o restante das terras-raras. A concentração do didímio representa de 15% a 20% do total de terras-raras na monazita.

“Foram gastos R$ 80 milhões nessa linha de separação”, diz Carneiro. A empresa é controlada pelo grupo Moreira Salles em 70%. Os 30% restantes são consórcios de empresas chinesas, japonesas e coreanas. “Esperamos chegar à liga didímio-ferro-boro”, diz Carneiro. “Depois, certamente precisaremos nos unir a empresas que trabalham na área de produção de ligas e ímãs. Estamos investindo no conhecimento, mas na hora de fazer negócio precisaremos de outros parceiros.”