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Elementos de terras raras são metais estratégicos do futuro

19 de setembro de 2022

Elementos de terras raras (REEs), metais de terras raras (REMs), óxidos de metais de terras raras, terras raras - estes são os nomes de 17 metais do futuro pelos quais as potências mundiais competem. Refere-se, em particular, ao escândio, ítrio e 15 elementos lantanídeos, incluindo lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, ytterbium, lutécio. Esses elementos são geralmente divididos em dois grupos - metais leves e pesados. Em regra, a concentração dos metais leves na crosta terrestre é superior à dos metais pesados.

A palavra "terras raras" não deve induzir em erro, pois não significa que se trate de metais raros. Pelo contrário, podem ser descobertos ainda mais frequentemente do que cobre, chumbo, estanho ou ouro Os metais são assim chamados porque são extremamente raros na crosta terrestre numa forma concentrada (em vez de dispersa) adequada para utilização à escala industrial, ou seja, numa forma comercialmente rentável. Isto é a primeira característica especial de metais de terras raras.

A Segunda caraterística especial do recurso é que a recuperação destes elementos a partir de matérias-primas de minério primário é um processo muito complexo e extremamente dispendioso que requer competências especiais, tecnologias, empresas químicas e metalúrgicas especializadas, infraestruturas e logística. De facto, a formação e o desenvolvimento da indústria de metais de terras raras só são possíveis com o apoio direto do estado, incluindo, em particular, os investimentos do governo.

A terceira característica especial é que a mineração e recuperação de REMs é um processo intensivo em energia que requer uma enorme quantidade de água. Causa danos significativos ao ambiente, o que requer fundos adicionais para eliminar as consequências negativas para a natureza e para os seres humanos. Por exemplo, a produção de uma tonelada de concentrado REM resulta na formação de aproximadamente uma tonelada de resíduos radioativos - tório e urânio, segundo especialistas.

A quarta característica especial é que, embora os elementos de terras raras representem uma pequena parte do PNB, a sua contribuição para a criação de valor acrescentado em cada fase da cadeia produtiva é enorme. Ou seja, os REMs podem não estar presentes no produto final, mas podem ser insubstituíveis numa das fases de produção (por exemplo, são utilizados catalisadores de reforma à base de cério e lantânio na produção de gasolina).

Muitas vezes, os metais de terras raras são chamados de "vitaminas para a indústria" e "elementos de progresso e inovação". E há uma razão para isso. Afinal, a participação dos REMs no produto final é um guia para o nível de desenvolvimento inovador e intensidade científica da produção e, em geral, a independência tecnológica do estado.

A quinta característica especial é que a utilização de elementos de terras raras e o âmbito da sua aplicação se expandem com um maior progresso científico e tecnológico. De fato, é impossível hoje prescindir deles na indústria de energia nuclear, bem como nas indústrias espacial, médica, de defesa, metalúrgica, automotiva, de vidro e de petróleo. Entretanto, deve ter-se presente que, em cada fase do progresso científico e técnico, nem todas as 17 REMs são igualmente utilizadas: vemos uma procura decrescente de alguns elementos (por exemplo, európio, samário) e vice-versa, uma procura decrescente de neodímio e disprósio.

A sexta característica especial é que as REMs serão críticas na transição dos países para um novo modo tecnológico, cujo núcleo serão as bio e Nanotecnologias, as indústrias espacial e nuclear, bem como um sector energético "verde". É por isso que os REMs são considerados metais estratégicos, a sua disponibilidade no país é um pré-requisito para garantir a segurança nacional.

A este respeito, é importante mencionar a sétima característica especial do REMs, o que é cada vez mais visto no Ocidente em conexão com as sanções anti russas. Refere-se ao desejo da Europa de fazer a transição para a energia "limpa" como alternativa ao aumento do preço do gás russo.

Em particular, em 29 de agosto de 2022, A Presidente da Comissão Europeia, Ursula von der Leyen, anunciou no fórum estratégico internacional na Eslovénia que a União Europeia investiria 300 mil milhões de euros em energia "verde". É importante notar a este respeito, que a transição para a "energia limpa" estimulará a procura de metais não ferrosos e de elementos de terras raras necessários para o funcionamento, por exemplo, de turbinas eólicas e de painéis solares. Sem eles, nenhuma transição para a produção de energia baseada em fontes de energia renováveis é possível. Ao mesmo tempo, os preços destes elementos irão inevitavelmente subir, desde que a oferta das REMs seja constante, e é improvável que aumente a sua oferta num curto espaço de tempo, especialmente considerando que a China é o principal produtor e fornecedor de metais de terras raras para o mercado mundial.

Aqui está apenas um exemplo. Professor de Geoquímica Peter Kelemen enfatiza: "Cada megawatt de eletricidade precisa de 200 quilos de neodímio—ou 20% de uma tonelada. Portanto, se cada grande turbina eólica produz um megawatt, cinco turbinas exigirão uma tonelada de neodímio. Se o vento vai desempenhar um papel importante na substituição dos combustíveis fósseis, teremos de aumentar a nossa oferta de neodímio.”1

Tudo isto em conjunto determina o elevado custo dos metais de terras raras (ou seja, os REE que são escassos devido à alta demanda por eles) nos mercados globais e predetermina a futura crescente concorrência entre as potências mundiais pelo acesso aos depósitos de REE.

Como tudo começou

Os primeiros elementos de terras raras foram descobertos em 1787 perto da aldeia de Ytterby, na Suécia. É por isso que os elementos de terras raras receberam esse nome - ítrio, térbio, érbio e itérbio. Em 1907, os cientistas descobriram 16 REEs. A existência do elemento 17 - promécio - foi confirmada apenas em 1947. Assim, 160 anos depois, o mundo recebeu todos os elementos de terras raras à sua disposição, o que comprova a complexidade do processo de sua recuperação, exigindo conhecimentos avançados, experiência e tecnologias de ponta.

Em geral, a indústria de metais de terras raras que se desenvolveu na Europa No final do século 18 e início do século 19 desenvolveu-se rapidamente nos Estados Unidos em meados do século 20. Isto deveu-se em grande parte à descoberta do Passagem De Montanha depósito na Califórnia em 1949, que permaneceu a principal fonte de REMs até 1985 e forneceu a maior parte do consumo mundial dos REMs. Assim, os EUA eram o líder mundial da indústria REM não só na mineração, mas em todas as fases da sua produção. Em 2002, a Passagem De Montanha a mina foi fechada devido a danos ambientais e à concorrência da China.

Desde 1986, o Império Celestial assumiu os papéis principais. A China, graças a uma política estatal orientada para o desenvolvimento de REMs, tornou-se um monopólio no mercado global REM.

Enquanto isso, desde a virada do século, a participação da China também mudou. Até 2011, Pequim controlava 95% do mercado global de terras raras e, em seguida, sua participação começou a diminuir. Isto, em particular, foi facilitado pelas autoridades chinesas que limitaram as exportações de metais de terras raras em 2010. Ao mesmo tempo, a procura de metais de terras raras da RPC está a aumentar, uma vez que o país produz cada vez mais produtos finais utilizando metais de terras raras.

Por sua vez, os estados dependentes das importações (em primeiro lugar, os EUA, o Japão, a Austrália) começaram a envidar esforços para encontrar fontes alternativas de abastecimento, nomeadamente através da exploração e desenvolvimento dos seus próprios depósitos. Nos EUA, por exemplo, a extração e a produção de REMs foram retomadas em 2012, após um intervalo de nove anos.

Padrão de procura de REMs

Como já foi referido, os REEs são utilizados em várias indústrias devido às suas propriedades catalíticas. Por exemplo, escandio é utilizado no fabrico de equipamentos aeroespaciais. ITRIO é utilizado na produção de super-condutores de alta temperatura. Lantanio é necessário para a produção de Instrumentos ópticos e para o fabrico de eléctrodos de baterias. Itérbio, disprósio, hólmio e érbio são utilizados para a tecnologia laser.

Recentemente, a procura de REMs aumentou drasticamente devido ao magnetismo constante demonstrado pelas suas ligas. Ímãs constantes que representam 38% da demanda global são usados praticamente em todos os lugares: em telefones celulares, TVs, computadores, veículos motorizados, aviões a jato, equipamentos de defesa e muito mais.

Espera-se que a" energia limpa " aumente significativamente a procura de REEs, uma vez que os ímanes constantes são essenciais para turbinas eólicas de acionamento direto e motores de veículos elétricos.

A fim de compreender melhor as principais aplicações das terras raras, pode olhar para Gráfico 1:

Gráfico 1.

analyt_19092022_1.png

Fonte: kleinmanenergy.upenn.edu  

(Da esquerda para a direita):

Ímanes constantes. Catalisador. Pó de polimento ... ligas para baterias. Metalurgia e ligas. Cerâmicas, corantes e ... outros. Fosforo.

Reservas mundiais de REMs

Segundo as estimativas, as reservas mundiais de elementos de terras raras são de 120 mn toneladas. O líder é a China, Com 44 milhões de toneladas (cerca de 36,7% de todas as reservas). A China é seguida pelo Vietname com as suas 22 milhões de toneladas, o Brasil - 21 milhões de toneladas e a Rússia - 21 milhões de toneladas.

Gráfico 2.

analyt_19092022_2.png

Fonte: statista.com

(Da esquerda para a direita):

China. Vietname. Brasil. Rússia. Índia Austrália EUA Gronelândia. Tanzânia Africa Do Sul Outros países.

A partir do quadro 2, verifica-se que o BRICS, os países (Brasil, Rússia, Índia, China e África do Sul) em conjunto têm 77,5% das reservas mundiais de metais de terras raras exploradas. Para efeito de comparação, o potencial combinado dos EUA e da Austrália é de 5,8 milhões de toneladas, ou 4,8% das reservas mundiais.

Produção mundial de REMs

Nos últimos 40 anos, a produção global de REMs aumentou mais de 11 vezes devido ao rápido desenvolvimento da tecnologia. Em 1980, 25.000 toneladas de minerais de terras raras foram extraídas no mundo, em 1994 - 64.500 toneladas e em 2021 - 280.000 toneladas.

O mercado global de elementos de terras raras em 2021 foi estimado em US $8.791, 29 milhões. Espera-se que a taxa média de crescimento anual seja de 4,74%, atingindo US $11.609, 58 milhões até 2027.

Atualmente, Chino domina o mercado de metais de terras raras, o país produz cerca de 60% das REMs mundiais (168.000 toneladas em 2021), recicla cerca de 80%, e é um ator-chave na cadeia de abastecimento global. As maiores economias do mundo dependem totalmente dos fornecimentos chineses. Por conseguinte, uma eventual suspensão ou mesmo uma limitação do seu abastecimento conduzirá a um aumento dos preços dos metais de terras raras, podendo também causar sérios danos à indústria e aos planos de descarbonização das economias europeias. Isto obriga os países a procurar fontes alternativas.

A expansão da China no mercado de metais de terras raras começou há mais de 40 anos, em 1981, quando o gigante Bayan-Obo (também chamado Bayun-Obo ou Baiyunebo) o depósito foi descoberto e desenvolvido, o seu potencial foi estimado em 36 milhões de toneladas de óxidos de metais de terras raras, que constituíam 30% das reservas mundiais.

Apesar de os EUA possuírem reservas insignificantes de REMs (ver Gráfico 2), o país é, no entanto, o segundo maior produtor de REMs. Em 2021, receberam cerca de 43.000 toneladas de concentrados REM, o que representou 15,5% da produção global. A China e os EUA foram seguidos por Mianmar (Birmânia) e Austrália com a produção de 26.000 toneladas e 22.000 toneladas, respectivamente.

Como mencionado acima, até recentemente, a China controlava a produção de quase 95% dos REMs. Em 2011, com uma produção mundial de 111.000 toneladas, a China representava 105.000 toneladas (para comparação, os Estados Unidos não produziam REEs naquela época). Isso é explicado por reservas REM significativas, seu alto grau e baixo custo, o que permitiu à China estabelecer controle sobre o mercado global de metais de terras raras. Ora, esta parte diminuiu pelas razões compreensíveis, uma vez que a RPC se esforça por criar bens de elevado valor acrescentado. Reduzindo as exportações dos REMs, o país aumenta simultaneamente a produção de produtos acabados com base neles, e isso indica que a China se transforma em uma potência de alta tecnologia.

A redução drástica (72% no H2 2010) do fornecimento de REMs pela China ao mercado mundial conduziu a um aumento sem precedentes dos preços. O preço médio ponderado dos óxidos de metais de terras raras subiu em meados de 2011 para 190 dólares/kg. No final de 2012, os preços caíram para us $30-40/kg. A escassez de REMs e um aumento sem precedentes dos preços levaram os estados, em particular os EUA, a Austrália, o Canadá, etc., para explorar e desenvolver ativamente depósitos REM alternativos. Em geral, esta continua a ser uma prioridade, especialmente no contexto da transição energética para energias alternativas.

Quanto às reservas e à produção de metais de terras raras, vale a pena examinar mais de perto também a África do Sul. No futuro, a África do sul poderá competir com, pelo menos, Os Estados Unidos e a Austrália no mercado mundial de REM. Com suas reservas de 790.000 toneladas, a África do Sul fecha os dez principais países com as maiores reservas de elementos de terras raras.

Na África do Sul, a mina Steenkampskraal está localizada na província do Cabo Ocidental, que se estima ser a mina de metais de terras raras de maior qualidade do mundo e, portanto, terá baixos custos de mineração. Por exemplo, o grau de neodímio é de 2,58% e as reservas são de 15.600 toneladas, o que é superior ao grau total de elementos de terras raras na maioria dos outros depósitos semelhantes. Cada tonelada de minério na Mina de Steenkampskraal contém aproximadamente US $ 3.750 em REMs, muito mais do que qualquer outro depósito de elementos de terras raras no mundo. Tudo isto confirma que este domínio tem um grande potencial e claras vantagens competitivas.

URSS / Rússia e REMs

Na URSS, o Ministério da indústria de construção de máquinas médias foi responsável pelo desenvolvimento da indústria de metais de terras raras, o que prova que o governo do país lhe deu prioridade. É claro que, naquela época, os REMs eram usados principalmente para as necessidades da indústria de defesa.

No entanto, graças a isso, a União Soviética tinha uma poderosa indústria de metais de terras raras e uma posição de liderança no mercado global de metais de terras raras. A URSS classificou o 3o no mundo em termos de produção REM e o 2o em termos de reservas REM.

Em 1990, foram produzidas 8,5 mil toneladas de REMs. Cerca de 5.000 toneladas foram consumidas dentro do país, assim, a União Soviética satisfez plenamente suas necessidades internas e também foi capaz de exportar metais de terras raras.

Com o colapso da URSS, a Rússia, infelizmente, perdeu essencialmente a indústria de metais de terras raras. Das 9 empresas da indústria REM, apenas a fábrica de magnésio Solikamsk no território de Perm sobreviveu. As fábricas restantes foram fechadas ou permaneceram fora da Rússia - no Cazaquistão, Quirguistão, Estônia e Ucrânia.

O tema do renascimento da indústria de metais de terras raras na Rússia tem sido discutido há muitos anos. No entanto, até agora não houve qualquer grande avanço neste domínio. Apesar de A Rússia Partilhar o terceiro lugar com o Brasil em termos de reservas REE, a sua participação na produção global é de no máximo 1% (em 1991, era de 15%).

Até à data, os metais de terras raras na Rússia são extraídos no depósito Lovozerskoye loparite na região de Murmansk. O concentrado obtido na fábrica de mineração e processamento de Lovozersky é fornecido à fábrica de magnésio de Solikamsk, produzindo no máximo 2.000 toneladas de carbonatos REM. Quase todos os produtos REM são exportados para a fábrica de Silmet (Estónia), propriedade da Neo Performance Materials (Canadá). Ao mesmo tempo, as necessidades bastante pequenas da Rússia em REMs (1.000 toneladas a 1.100 toneladas) são satisfeitas principalmente através de importações, o que torna o país criticamente dependente dos seus fornecedores estrangeiros.

No recente Fórum Económico Oriental, o presidente russo chamou especial atenção para resolver os problemas relacionados com o fornecimento de matérias-primas críticas à economia nacional, em particular o nióbio. Na minha opinião, a Rússia tem tudo o que é necessário para o fazer, em primeiro lugar, é rica em matérias-primas REM. Por exemplo, além do depósito Lovozerskoye, existe o depósito Tomtorskoye (Yakutia) no país; este depósito é um dos maiores do mundo em termos de reservas de metais de terras raras, incluindo nióbio, ítrio, escândio, lantânio, cério, praseodímio, neodímio, samário, európio e titânio. E há um depósito de Chuktukonskoye bastante promissor no território de Krasnoyarsk, os depósitos de Zashikhinskoye e Beloziminskoye na região de Irkutsk, o depósito de Katuginskoye no território de Zabaikalye (Trans-Baikal) e etc.

Dada a difícil situação geopolítica global, numerosas sanções impostas à Rússia por vários estados "hostis", garantir a segurança nacional é uma questão candente, em particular, através da disponibilidade de recursos criticamente importantes que, certamente, incluem metais de terras raras. Afinal, tanto o potencial de defesa do Estado quanto o desenvolvimento das promissoras indústrias “sunrise” e, portanto, o lugar da Rússia no novo espaço econômico mundial depende hoje da disponibilidade ou ausência de REMs.

Margarita Obraztsova para a Rough & Polished

1 https://news.climate.columbia.edu/2012/09/19/rare-earth-metals-will-we-have-enough/