Recursos Minerais no Brasilproblemas e desafios

Minerais estratégicos: terras raras e lítio

Marisa Nascimento

Ronaldo L. Santos

Paulo F. A. Braga

Sílvia C. A. FrançaCentro de Tecnologia Mineral – CETEM

RESUMO

O conceito de minerais estratégicos adotado nesse texto é consoante com as definições adotadas pelo Plano Nacional da Mineração- PNM/MME (2010-2030), assim como pela Estratégia Nacional da Ciência, Tecnologia e Inovação-ENCTI/MCTI (2012-2015), a qual está próxima de ser relançada para o período 2016-2019. Assim, são considerados estratégicos para o país os minerais e/ou elementos que sejam escassos, críticos ou essenciais de modo a garantir vantagens comparativas competitivas por meio da geração de divisas, mas que também possam representar oportunidades de aplicação em alta tecnologia e, ainda, aqueles dos quais haja uma forte dependência de importação. O texto apresenta, portanto, uma síntese de oportunidades de explotação e de tendências de aplicação de dois grupos de minerais que contêm elementos estratégicos, a saber: os elementos das terras raras e o lítio. Em ambos os casos são mostradas as possibilidades e alternativas de seu aproveitamento, em especial na geração e armazenamento da chamada energia verde, mas também na substituição gradual do uso de combustíveis fósseis em veículos automotivos.

Palavras-chave Minerais Estratégicos. Terras raras. Lítio.

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• Desenvolvimento de projetos de exploração por empresas privadas, com aumento da produção, atualmente com participação reduzida na produção mundial de TRs;

• Priorização dos minerais estratégicos nas políti-cas do Governo Federal, especialmente a ENCTI do MCTI e o PNM 2030 do MME, e intensificação dos programas de geologia básica e de recursos minerais da CPRM, voltados aos minerais estra-tégicos. Foco no desenvolvimento e confirmação de recursos e reservas minerais;

• Criação de um “Programa Nacional de PD&I para Terras Raras”, voltado preponderantemente para o fortalecimento da infraestrutura laboratorial, formação e capacitação de pessoal e projetos de PD&I. Estabelecimento, à semelhança dos setores de petróleo e elétrico, de mecanismos de financia-mento de PD&I pelas empresas, em cooperação com universidades e ICT;

• Definição e início da implementação de uma políti-ca industrial de estruturação da cadeia produtiva de TR em suas diversas fases: processamento mineral, processamento químico e processos industriais. Estímulo à formação de parcerias público-privadas. Incentivo a verticalização e organização industrial da cadeia produtiva de TR e atração de empresas de alta tecnologia baseadas em TRs;

• Implementação do novo Marco Regulatório Mi-neral, com efetivo cumprimento das obrigações associadas aos direitos minerários. Reavaliação do papel da CNEN como parceiro das empresas, ICT e universidades no equacionamento das questões

TERRAS RARAS

As Terras Raras (TRs) formam um grupo de 17 ele-mentos constituídos pela série dos lantanídeos com a inclusão dos elementos Ítrio e Escândio. Juntamente com outros elementos estratégicos, os elementos de terras raras são considerados elementos “portadores de futuro”.

O texto que se segue foi baseado no trabalho “Uso e aplicações de terras raras no Brasil: horizonte 2012-2030” (CGEE, 2013). Esse estudo foi realizado pelo CGEE, por solicitação da Secretaria de Desenvolvi-mento Tecnológico e Inovação (SETEC), do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação. Participaram desse estudo mais de 70 especialistas e gestores do governo, da academia, ICT e empresas, o que torna esse trabalho uma referência de importância diferenciada para o assunto. Assim, são apresentados aqui as principais abordagens do texto com o objetivo de tratar even-tuais lacunas existentes e consolidar proposições e recomendações estratégicas sobre esse tema que é de alto potencial para o país. As principais percepções e sugestões para a área de tecnologia mineral, em um horizonte até 2030, discutidas no texto original, foram:

• A necessidade urgente de mapeamento e dimen-sionamento das ocorrências de TRs no país, a confirmação de novas reservas e a ampliação das reservas já conhecidas: A partir do mapeamento e dimensionamento das ocorrências, os recursos minerais em TRs no país deverão ser explorados de forma sustentável. Espera-se a confirmação de importantes reservas de TRs em mais de uma região brasileira;

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(ex. intemperismo e a presença de elementos radio-ativos), em decorrência das várias etapas envolvidas no desenvolvimento dos processos de concentração, lixiviação e de separação, a área de caracterização química, mineralógica e tecnológica de minérios deve ser considerada uma área-alvo para investimentos em pesquisa. Ela se faz necessária em todas as cadeias produtivas minerais, que abrange desde a exploração até a produção.

Assim, devem ser criadas oportunidades para que se estabeleçam cooperações duráveis entre empresas, ICTs e universidades para atuarem nessas áreas do co-nhecimento de forma integrada. Isso certamente levará a uma vantagem competitiva no tocante aos projetos de TRs realizados no Brasil, já que o uso compartilhado de equipamentos e de instalações de pesquisa maximiza o esforço de investigação e minimiza os custos associa-dos a essa atividade. Assim, deve ser uma prioridade a realização de pesquisas em caracterização estrutural e de composição para minerais complexos até a escala nanométrica. Isto deve incluir desenvolvimentos te-óricos e experimentais na análise espectral das linhas de baixa energia de raios-X dos elementos das TRs e a interação com técnicas de microdifração de raios-X.

Deve-se conceder incentivos de forma a construir uma expertise em análises de superfície de forma a apoiar as atividades de pesquisa em lixiviação de mi-nérios. Deve-se dedicar maior atenção à formação de RH em análise de superfícies para fornecimento de informações técnicas que auxiliem numa melhor compreensão dos processos reacionais envolvidos para auxílio aos estudos de lixiviação de minérios de terras raras. As argilas de adsorção ou outras ocorrências minerais com baixo grau de mineralização carecem do desenvolvimento de técnicas inovadoras como, por exemplo, em análise de imagem e raios-X que propi-ciem melhorias na caracterização tecnológica para o entendimento da distribuição espacial dos elementos das TRs nessas ocorrências.

A flotação e outras técnicas de separação física assumem importância estratégica na concentração de minerais das terras-raras para diminuir a quantidade de fases minerais não desejáveis no material a ser tratado na etapa de hidrometalurgia, diminuindo, assim, os custos de capital e operacionais para a produção de óxidos de terras raras.

No tocante aos elementos terras-raras, as preocu-pações ambientais relativas aos efluentes e resíduos de processo devem continuar recebendo atenção e investimentos. Os processos de concentração mineral e os extrativos têm nessa área uma excelente oportu-nidade de melhoria.

relativas a TRs, quando associadas a minerais ra-dioativos. Interpretação da legislação ambiental quanto às atividades de mineração de TRs;

• Consolidação de parcerias, consórcios e joint ven-tures para exploração sustentável de TRs no país.

A visão de futuro da cadeia produtiva de TRs no Brasil, considerando o horizonte de 2030, refere-se à auto-suficiência e inserção competitiva do Brasil no mercado internacional de terras raras, a partir do apro-veitamento racional, eficiente e integral desses recursos minerais, com domínio cientifico e tecnológico ao longo de toda a cadeia produtiva, obedecendo aos preceitos de sustentabilidade. Então, podemos sintetizar a seguir como estratégia nacional para atingir essa visão:

• Realizar mapeamento de ocorrências e identifica-ção e dimensionamento das reservas, e viabilizar a produção e processamento mineral de TRs;

• Encaminhar e aprovar o Novo Marco Regulatório Mineral, explicitando aspectos referentes ao de-senvolvimento da cadeia produtiva de TRs;

• Promover políticas públicas de cunho mineral, in-dustrial e de CT&I voltadas para o desenvolvimento da cadeia produtiva de TR;

• Equacionar as questões ambientais relacionadas à presença de radionuclídeos em jazidas na legis-lação brasileira;

• Criar mecanismos de financiamento em condições compatíveis com os concorrentes internacionais e incentivos para atração de empresas de toda a cadeia produtiva;

• Viabilizar as cadeias produtivas de aplicações de TRs de forma sustentável e competitiva;

• Consolidar e expandir a infraestrutura de labora-tórios, facilidades de pesquisa, suporte técnico e logístico ao desenvolvimento da cadeia produtiva de TRs;

• Capacitar recursos humanos para o desenvolvi-mento da cadeia produtiva de TRs;

• Promover o desenvolvimento tecnológico e ino-vação associados ao desenvolvimento da cadeia produtiva de TRs.

Oportunidades em PD&I em terras rarasConsiderando as diversidades mineralógicas dos vários minérios de TRs, em razão das complexidades dos depósitos, assim como as implicações ambientais

275Capítulo III Tecnologia Mineral

pois os resultados de pesquisa têm implicações diretas sobre as decisões de investimento. Além disso, esses materiais podem contribuir nos ajustes laboratoriais para análises químicas quantitativas desses elementos, uma vez que essa tarefa não é trivial por suas naturezas química e mineralógica.

Um outro enfoque necessário é o estudo da toxidez e o comportamento dos elementos de terras-raras em ambientes naturais e o efeito em espécies aquáticas. Esse tipo de estudo, muito difundido para cátions divalentes, não é aplicado com a mesma frequência para os lantanídeos trivalentes. Como deve ser a toxidez para as espécies aquáticas? Como eles interagem com compostos orgânicos naturais? Esses estudos podem fornecer informações valiosas dos riscos potenciais e as questões ambientais em nosso território para a mineração e/ou produção das terras-raras.

A questão dos resíduos radioativos também deve ser salientada. Quase todos os depósitos de terras--raras no Brasil contêm tório e urânio. Isso significa que tanto empresas, institutos de pesquisa e universi-dades devem desenvolver planos de gestão e estudos tecnológicos para convívio, adequação e disposição desses materiais radioativos durante suas operações de pesquisa e produção de elementos de terras-raras. As normas regulatórias que gerenciarão a mineração das terras-raras necessitam tratar os materiais radio-ativos como resíduo gerado. Devem ser desenvolvidos programas para melhor compreensão e orientação dos regulamentos de manejo dos produtos radioativos que estão envolvidos no processamento de minérios de terras-raras.

LÍTIO NO BRASIL: HISTÓRICO, DESAFIOS E PERSPECTIVAS

O lítio é o mais leve dos metais, com alta reatividade e grande potencial eletroquímico. Tem baixo coeficiente de expansão térmica e alto poder calorífico e forma uma liga muito leve e resistente com o alumínio. Essas propriedades o tornam um elemento muito especial para uso em pilhas e baterias e na fabricação ou no recobrimento de vidros e cerâmicas, além do uso na indústria aeronáutica. Atualmente, apenas duas fontes são economicamente viáveis: as salmouras e os pegmatitos. O uso crescente de baterias recarregá-veis (íon-lítio) dos equipamentos com portabilidade (cellphones, tablets, notebooks, ferramentas elétricas etc.), somado às projeções da demanda futura para os veículos elétricos e/ou híbridos tem despertado um interesse mundial pelo lítio bastante significativo (BRAGA; FRANÇA, 2013).

Assim, como sugestões de abordagens inovadoras com o objetivo de melhorar as técnicas de concentração mineral, citam-se: as pesquisas em novos esquemas e técnicas de cominuição que permitam a otimizara libe-ração dos minerais de TRs na moagem grossa a fim de reduzir a geração de partículas minerais ultrafinas, que são difíceis de recuperação; processos mais eficientes de flotação com o desenvolvimento e testes de novos reagentes para aumentar a recuperação mineral de TRs e o grau de concentração; aplicações modernas de triagem de minérios e rejeito de estéril mineral para redução do consumo de água, produtos químicos e energia durante as operações de concentração mineral; e melhorias de plantas piloto de flotação para testes de fluxogramas conceituais.

Para a hidrometalurgia, citam-se como oportuni-dades de melhoria e desafios tecnológico a otimização da lixiviação de minérios brasileiros como a xeno-tima, a monazita e as argilas de adsorção iônica de terras-raras, que agora têm sido identificadas como ocorrências com muita frequênciano solo brasileiro. Na etapa de lixiviação, os desafios apontam para o uso de reagentes menos agressivos ao meio ambiente, mais seletivos em relação aos elementos terras-raras. Da mesma forma devem ser privilegiadas as pesquisas com foco na diminuição do consumo de energia e dos reagentes. A diminuição do consumo de reagentes trará como consequência direta a minimização da geração de efluentes e resíduos.

Busca-se, ainda, o uso de reagentes alternativos para lixiviação em baixas temperaturas. Nesse caso as ferramentas de modelagem molecular serão particu-larmente importantes, tanto na previsão das melhores condições de operação, como na previsão da geração dos resíduos e efluentes. As pesquisas sobre lixiviação in situ devem ser objeto de atenção especial, tendo em vista a diversidade das ocorrências das terras-raras e o seu baixo teor. Na operação unitária de extração com solventes ainda se faz necessário, no contexto brasi-leiro, ampliar os estudos de modelagem e simulação de circuitos, a experimentação de novos agentes quí-micos extratores como os novos organofosforados, as aminas e seus sais, o efeito sinergístico decorrente da mistura de extratantes e a precipitação direta durante o processo de reextração.

Outras temáticas também são muito importantes. Nota-se no Brasil a falta de materiais de referência certificados para elementos de terras-raras. O desen-volvimento de pesquisa na produção de materiais de referência certificados de terras-raras deve merecer atenção, uma vez que essa é uma lacuna considerá-vel nas áreas do conhecimento brasileiro sobre esses elementos. Estes produtos são de suma importância,

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lepidolita e espodumênio na fabricação de cerâmicas, esmaltes e vidros especiais.

A unidade produtora de sais de lítio da Nuclemon processava minério de ambligonita (LiAl(PO

4)(F,OH)

contendo de 3,5 a 4,2% Li, suprido por pequenas em-presas (lavra por catação manual ou por meio de ga-rimpagem) dos Estados de Minas Gerais e Ceará. A usina tinha capacidade para processar 120 t/mês de ambligonita e, geralmente, operava com 60% de sua capacidade. Os principais produtos eram o carbonato, hidróxido, cloreto e fluoreto de lítio, o sulfato de sódio (sal de Glauber), aluminato de sódio e o fosfato trissó-dico. Na década de 1980 sua produção era de 30 t/ano de LCE e as importações eram superiores a 500 t/ano. Em 1987, a Nuclemon paralisa a produção de sais de lítio devido a dificuldades operacionais para garantir o suprimento de minério de ambligonita (pequena e irregular), depreciação e problemas ambientais em sua usina de São Paulo.

Após fechamento da Nuclemon, foi criada, no final dos anos 1980, através de capital privado, a CBL – Cia. Brasileira de Lítio, com o objetivo de produzir com-postos de lítio e derivados. Os principais fatores que motivaram a criação da CBL foram a disponibilidade de matéria-prima (espodumênio), a existência de um mercado nacional promissor, caracterizado pela depen-dência das importações, os incentivos dos Governos Federal e Estadual e as oportunidades de investimento no setor produtivo, uma vez que, o setor especulativo financeiro estava paralisado (Plano Cruzado). A CBL faz lavra subterrânea de minério de lítio em pegmatitos, nos municípios de Araçuaí e Itinga-MG. O concentrado de espodumênio produzido é transferido para a fábrica da CBL em Divisa Alegre, MG, onde é transformado em carbonato e hidróxido de lítio por meio da rota ácida de processamento.

Produção nacional e comércio exteriorNo ano de 2014 foram produzidas 569 t de LCE, re-presentadas por 198 t de carbonato de lítio e 421 t de hidróxido de lítio monohidratado, considerando-se a relação molar Li

2CO

3/LiOH.H

2O = 0,881. A produção

nacional em termos de LCE tem-se mantido constante entre 550 e 600 t/ano nos últimos 5 anos, representando cerca de 0,4% da produção mundial (150.000 t LCE). Ainda no ano de 2014 foram comercializadas 387 t de concentrado mineralcom 5,3% de Li

2O, para fabricantes

de cerâmicas em SP e MG (GARCIA, 2015, no prelo).Devido à sua utilização na área nuclear, as ativi-

dades de industrialização, importação e exportação de minérios e minerais de lítio, produtos químicos orgânicos e inorgânicos, lítio metálico e ligas de lítio

Existem duas rotas principais para obtenção do carbonato e do hidróxido de lítio (principais produtos comercializáveis), a partir de concentrados minerais. A primeira desenvolvida foi a rota alcalina, onde o concentrado mineral é calcinado com cal hidratada ou calcário e o clínquer formado é moído, lixiviado com água, filtrado e, em seguida, cristalizado sob forma de hidróxido de lítio monohidratado. A outra, mais eficiente e desenvolvida posteriormente, é a rota ácida. Nesta, o concentrado mineral é calcinado, sulfatado com ácido sulfúrico e depois lixiviado com água. Após a lixiviação, a solução de lítio é filtrada e precipitada como carbonato de lítio, por meio de reação com bar-rilha (carbonato de sódio).

A extração do lítio de pegmatitos foi abandonada na década de 1990, devido ao elevado custo de produção, mas tem-se viabilizado nos anos mais recentes em fun-ção de um aumento gradativo nos preços e da pureza do carbonato de lítio produzido. A atenção global de hoje pelo lítio é devida ao seu potencial como um ingrediente--chave para o desenvolvimento de uma nova geração de baterias para veículos elétricos. Segundo Lowry (2015), a demanda do mercado mundial em 2015 foi de 165.000 t LCE (Lithium Carbonate Equivalent); e a previsão de demanda para 2025 é de 400.000 t LCE. O Brasil, apesar de possuir reservas de pegmatitos litiníferos e uma pe-quena produção de carbonato e hidróxido de lítio, tem participação pouco significativa neste mercado mundial, restringindo-se à fabricação de graxas automotivas.

Histórico da produção de lítio no BrasilAs ocorrências de lítio no país estão associadas às rochas pegmatíticas localizadas nos Estados de Mi-nas Gerais, Ceará, Rio Grande do Norte e Paraíba. Os principais minerais pegmatíticos são a ambligonita, o espodumênio, a petalita e a lepidolita.

Alguns pegmatitos já eram conhecidos no Brasil desde 1924, mas, só em 1942, iniciou-se a pesquisa e a lavra de alguns minerais de lítio. A exploração co-mercial começou em 1966, pelo pesquisador Khalil Afgouni, que encontrou corpos lenticulares de peg-matitos (espodumênio) em Araçuaí, Minas Gerais (AFGOUNI; SILVA SÁ, 1977).

A indústria de lítio no Brasil teve início na década de 1940, quando foi criada a Orquima Indústria Química, com o objetivo de beneficiar areia monazítica, rica em urânio. No final da década de 1950, a Orquima foi adquirida pela CNEN-Comissão Nacional de Energia Nuclear, e passou a se chamar Nuclemon (Nuclebrás Monazita SA) e também conhecida como USAM - Usina Santo Amaro, sua principal unidade (NOGUEIRA et al., 2009). Na década de 1970, o Brasil já utilizava petalita,

277Capítulo III Tecnologia Mineral

que cita projetos no Canadá (Canada Lithium e Ne-maska), Estados Unidos (Western Lithium) e Austrália (Reed Resources, Altura Mining e Galaxy Resources), totalizando uma produção adicional de 72.000 t LCE. Para que a produção de lítio a partir de minérios seja economicamente viável, seria necessário o aproveita-mento integral do pegmatito em que o mineral de lítio está contido. Isto é, recuperação adicional dos demais minerais industriais contidos na rocha, como quartzo, feldspato, micas e minerais metálicos, como tantalita e cassiterita, se existirem.

REFERÊNCIAS

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YOSHIZUKA, K. et al. Performance evaluation of benchmark plant for selective lithium recovery from seawater. Journal of Ion Exchange, v. 18, n. 4, p. 450-453. 2007.

são supervisionadas pela Comissão Nacional de Ener-gia Nuclear (CNEN), conforme determina o Decreto nº 2.413, de 04/12/97, publicado no Diário Oficial da União (DOU), em 05/12/97 e prorrogado pelo Decreto 5.473 de 21/06/2005 até 31/12/2020. Face ao exposto, a exportação de lítio e derivados é desprezível.

Desafios tecnológicos e oportunidades em PD&IPurificação do Carbonato e do Hidroxido de LítioO carbonato de lítio e o hidróxido de lítio produzidos no Brasil não têm a pureza requerida pela indústria de baterias de Li-íon, pois são produtos de grau indus-trial. A indústria de baterias de Li-íon requer produtos com pureza elevada de forma a minimizar reações eletroquímicas secundárias indesejáveis. Para que os produtos nacionais sejam usados na fabricação de baterias é necessário o desenvolvimento de um processo de refino adicional.

Obtenção Direta do LiOH pela Rota AlcalinaNo Brasil, o principal produto de lítio demandado pela indústria é o hidróxido de lítio utilizado na fabricação de graxas e lubrificantes. Uma mudança na rota de processamento poderá promover a redução dos custos de produção, por eliminação do uso de barrilha e ácido sulfúrico. O processo alcalino utiliza cal ou calcário como principal insumo, disponíveis abundantemente no mercado nacional e de menor custo do que a barrilha e o ácido sulfúrico.

Obtenção de Lítio a partir da água do mar e/ou de águas-mães de salinasConsiderando que as concentrações de lítio e sódio na água do mar são 0,15 e 10.800 ppm, respectivamente, um processo de concentração seletiva por troca iônica foi desenvolvido recentemente por pesquisadores da Saga University e University of Kitakyushu, no Japão. Os resultados demonstram que é possível extrair cerca de 30 g de LiCl a partir de 140 m3 de água do mar (LiCl/Li = 6), em testes de escala de laboratório (YOSHIZUKA et al., 2007). No processo de produção de sal marinho, após a cristalização do cloreto de sódio, uma quantida-de significativa de salmoura (águas-mães) é devolvida ao mar, com elevadas concentrações de íons K, Mg, B, I e Li (MELO et al., 2008). A realização de um estudo para caracterização e recuperação do lítio contido nessas águas-mães poderá indicar uma possibilidade para aproveitamento econômico.

Aproveitamento Integral dos Pegmatitos LitiníferosNovos empreendimentos para produção de lítio a partir de minérios são descritos no trabalho de Clarke (2013),