Elementos de terras raras

Lista de elementos de terras raras

Uma tabela listando os dezessete elementos de terras raras, seu número atômico e símbolo, a origem de seus nomes, e alguns de seus usos é fornecida aqui. Alguns dos elementos de terras raras recebem o nome dos cientistas que os descobriram, e outros são nomeados com base no local onde foram descobertos.

Z	Símbolo	Nome	Nome Origem	Aplicações selecionadas
21	Sc	Scandium	da Escandinávia, onde o primeiro minério de terra rara foi descoberto.	A liga leve de alumínio-scândium é utilizada para componentes aeroespaciais. É também um aditivo em certas lâmpadas.
39	Y	Ítrio	após a aldeia de Ytterby, na Suécia, onde foi descoberta.	O ítrio é encontrado em certos lasers e fósforos de TV. Ele também se aplica em supercondutores de alta temperatura, e filtros de microondas, lâmpadas de baixo consumo de energia.
57	La	Lanthanum	do grego "lanthanein", que significa ser escondido.	Vidro de alto índice de refração, flint, armazenamento de hidrogênio, eletrodos de bateria, lentes de câmera, catalisador de craqueamento de fluidos para refinarias de petróleo
58	Ce	Cerium	em homenagem ao planeta anão Ceres, nomeado em homenagem à deusa romana da agricultura.	Oxidante químico, pó de polimento, cores amarelas em vidro e cerâmica, catalisador para fornos autolimpantes, catalisador de craqueamento catalítico fluido para refinarias de petróleo, pedras para isqueiros
59	Pr	Praseodímio	do grego "prasios", que significa alho-porro verde, e "didymos", que significa gêmeo.	Ímãs de terras raras, lasers, material do núcleo para iluminação do arco de carbono, corante, aditivo em vidro usado em óculos de solda,
60	Nd	Neodímio	do grego "neos", que significa novo, e "didymos", que significa gêmeo.	Ímãs de terras raras, lasers, cores violeta em vidro e cerâmica, capacitores de cerâmica
61	Pm	Promethium	depois do Titã Prometeu, que trouxe o fogo aos mortais.	Baterias nucleares
62	Sm	Samário	depois de Vasili Samarsky-Bykhovets, que descobriu o samarskite de minério de terra rara.	Ímãs de terras raras, lasers,
63	Eu	Europium	depois do continente europeu.	Fósforos vermelhos e azuis, lasers, lâmpadas de vapor de mercúrio,
64	Gd	Gadolínio	depois de Johan Gadolin (1760-1852), para honrar sua investigação sobre terras raras.	Ímãs de terras raras, vidro ou granadas de alto índice de refração, lasers, tubos de raio X, memórias de computador, captura de nêutrons, agentes de contraste MRI |-
65	Tb	Terbium	depois da aldeia de Ytterby, na Suécia.	Fosfores verdes, lasers, lâmpadas fluorescentes
66	Dy	Disprosium	do grego "disprositos", o que significa difícil de obter.	Ímãs de terras raras, lasers
67	Ho	Holmium	depois de Estocolmo (em latim, "Holmia"), cidade nativa de um de seus descobridores.	Lasers
68	Er	Erbium	depois da aldeia de Ytterby, na Suécia.	Lasers, aço vanádio
69	Tm	Thulium	após a mitológica terra do norte de Thule.	Máquinas portáteis de raio X
70	Yb	Ytterbium	depois da aldeia de Ytterby, na Suécia.	Lasers infravermelhos, agente redutor químico
71	Lu	Lutécio	depois de Lutécia, a cidade que mais tarde se tornou Paris.	Dispositivos médicos, vidro de alto índice de refração

Origem

Os elementos de terras raras são mais pesados que o ferro. Eles são feitos por supernovas (estrelas em explosão). Na natureza, a fissão do urânio-238 cria quantidades muito pequenas de promécio radioativo. A maioria do promécio é sinteticamente criada em reatores nucleares.

Os elementos de terras raras mudam com o tempo em pequenas quantidades (ppm, partes por milhão). Sua proporção pode ser utilizada para datação geológica e datação de fósseis.

Distribuição geológica

Os elementos de terras raras são freqüentemente encontrados juntos. O isótopo de promécio de vida mais longa tem uma meia vida útil de 17,7 anos. Por causa disso, o elemento existe na natureza em quantidades muito pequenas. O promécio é um dos dois elementos que não possuem isótopos estáveis (não radioativos) e são seguidos por elementos estáveis (sendo o outro o tecnécio).

Como todos os lanthanides são de tamanho próximo, os elementos de terras raras sempre foram difíceis de separar. Mesmo com eons de tempo geológico, a separação dos lantanídeos na natureza só raramente foi mais longe do que a separação entre lantanídeos leves e pesados, também conhecidos como terras de cério e ítrio. Esta separação geoquímica é mostrada nas duas primeiras terras raras que foram descobertas. Estas foram ítria em 1794 e ceria em 1803. Quando foram descobertas pela primeira vez, cada uma era uma mistura de todas as terras raras. Grandes corpos de minério das terras de cério podem ser encontrados ao redor do mundo e estão sendo explorados. Os corpos de minério de ítrio são mais raros. Além disso, eles são geralmente menores e menos concentrados.

Produção global de terras raras

Até 1948, a maioria das terras raras do mundo provinha de depósitos de areia na Índia e no Brasil. Durante a década de 1950, a África do Sul minerou a maior parte das terras raras do mundo. Isto aconteceu depois que grandes veias de um mineral de terras raras foram encontradas lá. Durante os anos 60 até os anos 80, uma mina na Califórnia foi a principal produtora. Hoje, os depósitos da Índia e da África do Sul ainda fazem alguns concentrados de terras raras, mas são muito pequenos em comparação com a quantidade produzida na China. A China havia produzido mais de 95% da oferta mundial de terras raras. A maior parte disto foi feita na Mongólia Interior, apesar de ter apenas 37% das reservas comprovadas. Embora estes números tenham diminuído desde então para 90% e 23% até 2012. Todas as terras raras pesadas do mundo (como o disprósio) provêm de fontes de terras raras chinesas, como o depósito polimetálico Bayan Obo. Em 2010, a Pesquisa Geológica dos Estados Unidos (USGS) divulgou um estudo que constatou que os Estados Unidos tinham 13 milhões de toneladas métricas de elementos de terras raras.

A nova demanda por esses elementos é maior do que a oferta dos mesmos. O mundo pode logo enfrentar uma escassez das terras raras. Em vários anos a partir de 2009, espera-se que a demanda mundial por elementos de terras raras seja superior à oferta em 40.000 toneladas por ano, a menos que novas fontes sejam desenvolvidas.

China

Estas preocupações se tornaram maiores devido às ações da China. A China disse que vai colocar regulamentações sobre as exportações e trabalhar para acabar com o contrabando. Em 1º de setembro de 2009, a China disse que vai baixar suas exportações para 35.000 toneladas por ano em 2010-2015. A China disse que isto foi feito para conservar recursos raros e proteger o meio ambiente. Em 19 de outubro de 2010, o China Daily informou que a China "reduzirá ainda mais as quotas de exportação de terras raras em 30%, no máximo, no próximo ano, para proteger os metais preciosos da exploração excessiva". No final de 2010, a China disse que a primeira rodada de exportações em 2011 para terras raras seria de 14.446 toneladas. Isto foi uma redução de 35% em relação à primeira rodada de exportações em 2010. Em setembro de 2011, a China disse que iria parar a produção em três de suas oito minas de terras raras. Estas minas produziram quase 40% do total da produção de terras raras da China. Em agosto de 2012, a China disse que haveria outra redução de 20% na produção.

Fora da China

Devido ao aumento da demanda e às restrições às exportações dos metais da China, alguns países estão estocando recursos de terras raras. Pesquisas de novas fontes na Austrália, Brasil, Canadá, África do Sul, Tanzânia, Groenlândia e Estados Unidos estão ocorrendo. As minas nestes países foram fechadas quando a China subcotou os preços mundiais nos anos 90. Serão necessários alguns anos para reiniciar a produção.

A União Européia exortou a Dinamarca a restringir o desenvolvimento chinês de projetos de terras raras na Groenlândia, já que a China responde por 95% da oferta mundial atual. Desde o início de 2013, o governo da Groenlândia disse que não tem planos de impor tais restrições.

O reprocessamento nuclear é outra fonte possível de terras raras ou quaisquer outros elementos. A fissão nuclear de urânio ou plutônio cria muitos elementos, assim como todos os seus isótopos. Entretanto, não é provável que a sua criação possa ser feita de forma segura e econômica devido à radioatividade de muitos desses isótopos.

Reciclagem

Outra fonte de terras raras são os resíduos eletrônicos e outros resíduos que têm uma grande quantidade de componentes de terras raras. Novos avanços na tecnologia de reciclagem tornaram mais fácil a obtenção de terras raras a partir destes materiais. As usinas de reciclagem estão atualmente operando no Japão, onde há cerca de 300.000 toneladas de terras raras em componentes eletrônicos não utilizados. Na França, o grupo Rhodia está instalando duas fábricas em La Rochelle e Saint-Fons. Estas fábricas produzirão 200 toneladas por ano de terras raras a partir de lâmpadas fluorescentes usadas, ímãs e baterias.

Considerações geopolíticas

A China disse que o esgotamento dos recursos e as preocupações ambientais são as razões para o aumento do controle nacional de sua produção de minerais de terras raras. Razões não ambientais também foram sugeridas para explicar a política de terras raras da China. Segundo a The Economist, "cortar suas exportações de metais de terras raras... é tudo uma questão de deslocar os fabricantes chineses para cima da cadeia de fornecimento, para que eles possam vender produtos acabados valiosos para o mundo, em vez de matérias-primas de baixo valor".

O Departamento de Energia dos Estados Unidos em seu relatório de Estratégia de Materiais Críticos 2010 identificou o disprósio como o elemento mais crítico em termos de dependência de importação.

Um relatório de 2011 emitido pelo U.S. Geological Survey e pelo Departamento do Interior dos Estados Unidos, "China's Rare-Earth Industry", trata das tendências do setor na China. Ele analisa as políticas nacionais que podem orientar o futuro da produção do país. O relatório diz que a liderança da China na produção de minerais de terras raras tem crescido nas últimas duas décadas. Em 1990, a China representava apenas 27% de tais minerais. Em 2009, a produção mundial foi de 132.000 toneladas métricas. A China produziu 129.000 dessas toneladas. De acordo com o relatório, padrões recentes sugerem que a China retardará a exportação de tais materiais para o mundo: "Devido ao aumento da demanda interna, o governo tem reduzido gradualmente a cota de exportação durante os últimos anos". Em 2006, a China permitiu que 47 produtores e comerciantes domésticos de terras raras e 12 produtores sino-estrangeiros de terras raras exportassem. Em 2011, havia apenas 22 produtores e comerciantes nacionais de terras raras e 9 produtores sino-estrangeiros de terras raras. As políticas futuras do governo provavelmente manterão em vigor controles rigorosos: "De acordo com a minuta do plano de desenvolvimento de terras raras da China, a produção anual de terras raras pode ser limitada a entre 130.000 e 140.000 [toneladas métricas] durante o período de 2009 a 2015. A quota de exportação para produtos de terras raras pode ser de cerca de 35.000 [toneladas métricas] e o governo pode permitir que 20 produtores e comerciantes domésticos de terras raras exportem terras raras".

A Pesquisa Geológica dos Estados Unidos está procurando no sul do Afeganistão depósitos de terras raras sob a proteção das forças militares dos Estados Unidos. Desde 2009, o USGS tem feito pesquisas remotas, bem como trabalho de campo para verificar as afirmações soviéticas de que existem rochas vulcânicas contendo metais de terras raras na província de Helmand, perto da vila de Khanneshin. O USGS encontrou uma área de rochas no centro de um vulcão extinto com elementos de terras raras leves, incluindo cério e neodímio. Mapeou 1,3 milhões de toneladas métricas de rochas úteis. Isto é cerca de 10 anos de oferta nos níveis atuais de demanda. O Pentágono estimou seu valor em cerca de 7,4 bilhões de dólares.

Preços de terras raras

Os elementos de terras raras não são comercializados da mesma forma que metais preciosos (por exemplo, ouro e prata) ou não ferrosos (como níquel, estanho, cobre e alumínio). Ao invés disso, eles são vendidos no mercado privado. Isto torna seus preços difíceis de monitorar e rastrear. No entanto, os preços são publicados periodicamente em sites como o mineralprices.com. Os 17 elementos geralmente não são vendidos em sua forma pura. Eles são geralmente distribuídos em misturas de pureza variável, por exemplo, "Neodymium metal ≥ 99,5%". Por causa disso, os preços podem variar de acordo com a quantidade e a qualidade exigida pelo usuário final.

Produção global 1950-2000