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Metalurgia

La primera etapa del superimán

El IPT desarrolla un proceso de transformación de tierras raras en metal para su uso en magnetos más potentes destinados a la industria

Muestra del didimio metálico desarrollado en el IPT

Eduardo CesarMuestra del didimio metálico desarrollado en el IPTEduardo Cesar

Un paso importante ha sido dado para que Brasil produzca superimanes en el futuro. El desarrollo de una tecnología destinada a la producción del didimio –un conjunto de dos metales precursores de aleaciones para imanes de mayor densidad de flujo magnético‒  allana el camino hacia la fabricación de este producto aún inédito en el país. El didimio está formado por dos elementos de tierras raras, el praseodimio (Pr) y el neodimio (Nd), del grupo de los lantánidos. Los imanes de alta potencia se utilizan en motores de vehículos eléctricos y generadores de electricidad en turbinas eólicas, por ejemplo. La novedad anunciada en febrero es fruto de una colaboración entre el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT), Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) y la Empresa Brasileña de Investigación e Innovación Industrial (Embrapii), ligada al Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación (MCTI).

En el proyecto iniciado en 2014, el grupo de investigadores del IPT, del Laboratorio de Procesos Metalúrgicos, bajo el liderazgo del Ingeniero metalúrgico João Batista Ferreira Neto, desarrolló una tecnología destinada a transformar el óxido de didimio, un polvo de color parecido al café, en lingotes de metal puro. “Desarrollamos la etapa de la reducción, lo que significa transformar el óxido [retirar el oxígeno] del metal. Para eso montamos reactores que trabajan a 1.200 grados Celsius (°C) y producen barras de didimio metálico. Ese material, en una etapa siguiente, de la cual también pretendemos desarrollar la tecnología, se utilizará en la producción de una aleación metálica de didimio, hierro y boro para la posterior fabricación del superimán”, explica Ferreira Neto. El proyecto de desarrollo del didimio metálico tuvo un costo de nueve millones de reales: tres millones de CBMM, tres millones de Embrapii y la parte del IPT contabilizada con equipos, infraestructura y la remuneración de siete investigadores.

Campo magnético
Para llegar al imán es necesario obtener la aleación didimio-hierro-boro en polvo y efectuar el alineamiento de las partículas por medio del campo magnético aplicado durante la compactación, seguido de la sinterización (solidificación del material) y el tratamiento térmico, dando así origen al imán. Los imanes elaborados en el país son de ferrita, a base de bario o estroncio, presentes, por ejemplo, en los pequeños adhesivos fijados a la heladera. Los imanes que contienen neodimio, hierro y boro son al menos tres veces más potentes que los de ferrita con relación su campo magnético.

El mercado de imanes crece año a año. En 2010, las ventas fueron de dos mil millones de dólares en el mundo. En 2020 llegarían cinco mil millones de dólares, y en 2030 se estima que alcanzarán los 10 mil millones de dólares, fundamentalmente debido al aumento de la importancia de la energía eólica. Sólo para fabricar los aerogeradores eólicos, la necesidad de imanes de didimio o neodimio es de 600 kilos (kg) a una tonelada de imán por megavatio (MW) instalado (la capacidad para cubrir 200 residencias, en promedio). Se estima es que entre 2016 y 2019 se instalarán más 10 gigavatios (GW) de energía eólica únicamente en Brasil.

Óxido de didimio producido por CBMM en Araxá (Minas Gerais)

Eduardo CesarÓxido de didimio producido por CBMM en Araxá (Minas Gerais)Eduardo Cesar

Actualmente, los imanes utilizados por la industria brasileña son importados, aunque el país cuenta con la segunda reserva de tierras raras del mundo, detrás únicamente de China. Los chinos son líderes en la producción mundial de imanes y cuentan con la tecnología tanto para la extracción y la purificación de tierras raras como para la producción de imanes potentes. “Existe poca información fuera de la China sobre la separación de tierras raras y la producción de aleaciones metálicas para imanes”, dice Ferreira Neto.

Los imanes comerciales más potentes utilizados en el mundo son de neodimio o didimio. En las minas de CBMM en Araxá, Minas Gerais, la producción de tierras raras comienza con la separación de los elementos a partir de la monacita, mineral encontrado en los desechos de la exploración del niobio, entre otros sitios geológicos. El neodimio y el praseodomio siempre aparecen juntos en el mismo mineral.

CBMM comercializa todos los productos de niobio usados por la industria, tales como el ferroniobio utilizado en siderurgia, el niobio metálico puro o los óxidos especiales de ese material. Brasil es el mayor productor mundial. El niobio es agregado a los aceros en la proporción promedio de 500 gramos por tonelada. Esa pequeña cantidad en el acero hace que su resistencia mecánica aumente sin perjudicar su maleabilidad. Así es posible utilizar una menor cantidad de acero en la aplicación final, por ejemplo, con lo cual las chapas de acero quedan más delgadas y livianas. El niobio también se usa en cámaras de combustión de motores de avión, por ejemplo. “No vendemos el material en forma bruta, sino que lo transformamos de acuerdo con las necesidades del cliente. Exportamos el 96% de las 65 mil toneladas producidas por año de niobio, del 22% al 25% a China”, dice el presidente de CBMM, el Ingeniero metalúrgico Tadeu Carneiro.

“Desarrollamos la tecnología para separar la monacita [que contiene tierras raras] de los desechos. En la primera etapa de la separación llegamos al sulfato doble que contiene las 17 tierras raras, todas con uso industrial. El problema es obtenerlas de manera económica”, explica. También es difícil separar de manera económica el neodimio y el praseodimio, por eso la empresa utiliza óxido de didimio. “Construimos una unidad semiindustrial para la producción de sulfato doble con capacidad para tres mil toneladas por año”, explica Carneiro. Asimismo, CBMM también construyó una unidad piloto para separar cuatro productos de tierras raras a partir del sulfato doble a través de la tecnología de extracción por solventes. El resultado es la obtención de óxidos de cerio, lantanio, didimio y, del otro lado, el resto de las tierras raras. La concentración del didimio representa del 15% al 20% del total de tierras raras en la monacita.

“Se gastaron 80 millones de reales en esa línea de separación”, dice Carneiro. La empresa es controlada por el grupo Moreira Salles en un 70%. El 30% restante corresponde a consorcios de empresas chinas, japonesas y coreanas. “Esperamos llegar a la aleación didimio-ferro-boro”, dice Carneiro. “Después, seguramente necesitaremos unirnos a empresas que trabajan en el área de producción de aleaciones e imanes. Estamos invirtiendo en el conocimiento, pero a la hora de hacer negocios necesitaremos otros socios.”

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