Download - Obtenção de Neodímio
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Obtenção de Neodímio
João Batista Ferreira Neto João Ricardo Filipini da Silveira Fernando JG Landgraf
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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
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Rota de produção dos imãs Nd-Fe-B
Minério
Concentrado
Óxido
Metal (Nd)
Liga
Pó
Sinterizado/imã
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Rota de produção dos imãs Nd-Fe-B
Minério
Concentrado
Óxido
Metal (Nd)
Liga
Pó
Sinterizado/imã
CBMM
Domínio (Universidades
/Institutos)
Não Dominado
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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)
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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
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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)
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Eletrólise
Data de publicação das patentes
Metalotérmica
Eletrólise
Levantamento Patentes
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Local de publicação das patentes
Metalotérmica
Eletrólise
Levantamento Patentes
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Eletrólise
Local e data de publicação das patentes
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Eletrólise
Empresas detentoras e data de publicação
Maioria Chinesas e Japonesas
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Metalotérmica
Óxido Nd mais estável que o Al2O3 Ca é o redutor mais indicado Nd2O3 + 3 Ca = 2 Nd + 3 CaO
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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)
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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
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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
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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)
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• 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)
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• 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).
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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, ...
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Gupta e Krisnamurthy, 2004