TERRAS RARAS - METAIS

Os metais das terras raras são algumas anomalias da Tabela Periódica, uma vez que estes 15 elementos quimicamente parecidos e com números atômicos variando entre 57 e 71 (do Lantânio ao Lutécio) e são conhecidos como lantanídeos. Na tabela periódica todos eles ocupam a mesma posição entre o bário (Ba) e o háfnio (Hf), mas você pode encontrá-los abaixo na tabela na série dos lantanídeos, observe a tabela no link abaixo:

Clique aqui para uma tabela periódica atualizada e interativa

Comercialmente falando, os elementos Ítrio (39) e o escândio (21) que estão imediatamente acima do Lantânio na Tabela também fazem parte das chamadas ‘terras raras’.

O termo ‘raro’ não é exatamente o que melhor descreve estes elementos, pois estão presentes na crosta terrestre em quantidade maior do que a prata, por exemplo. Os quatro elementos ‘raros’ mais comuns (Ítrio, Lantânio, Cério e Neodímio) estão disponíveis em maior volume do que o chumbo. Talvez o que seja raro mesmo é encontrá-los separados, afinal, por serem quimicamente muito parecidos é muito difícil distinguí-los.

A exceção é o Promécio (número atômico 61) que é muito instável e ocorre naturalmente em quantidades infinitamente pequenas e é obtido a partir de subprodutos da fissão nuclear de outros átomos radioativos.

As principais fontes de ‘terras raras’ são os minerais bastnezit, monazita (que possui também Tório e Rádio sendo por isso radioativa), laporit e argilas de absorção iônica.

A extração de ‘terras raras’ na China começou em meados dos anos 80 e hoje a China responde por 93% da produção mundial. O valor das terras raras está crescendo continuamente devido ao seu uso em muitas tecnologias modernas, incluindo a produção de conversores catalíticos, filtros para os gases de escape dos automóveis, fibra ótica, lasers, sensores de oxigênio, fósforo e supercondutores. Além dos mais poderosos ímãs permanentes que existem, que são os ímãs de neodímio-ferro-boro (veja aqui  matéria sobre esses ímãs) as ‘terras raras’ possuem várias outras aplicações bem específicas, veja algumas:

APLICAÇÕES DAS ‘TERRAS RARAS

Na produção de ímãs permanentes, a utilização de terras raras levou a mudanças revolucionárias nessa indústria. Novos ímãs poderosos com base em cobalto-samário, foram desenvolvidos em meados dos anos 60, com as duas principais ligas utilizadas foram SmCo5 e Sm2Con.

Com o desenvolvimento e aperfeiçoamento da indústria o samário foi parcialmente substituído por outros elementos de terras raras como o neodímio. Em 2005, a produção mundial total de ímãs de terras raras foi de cerca de 2,4 toneladas. Até agora, os ímãs sólidos mais poderosos de todos foram colocados em uso em 1984 e com base de neodímio-ferro-boro. Eles tinham o dobro da força magnética de produtos de cobalto-samário, e têm alta resistência a desmagnetização. A demanda pelos novos ímãs cresceu a um ritmo impressionante e em termos de valor, eles representaram a maior fatia do mercado global sólido materiais magnéticos. A capacidade desses ímãs de gerar um forte campo com seu tamanho reduzido permitiu que esses produtos contribuíssem para a implementação de um processo que visa a miniaturização dos equipamentos eletrônicos. Cério, como o mais comum e menos caro elemento do grupo em questão tem um número de áreas estabelecidas de consumo, bem diferente da de outros metais. O cério é usado para polir vidro. Praticamente todos os vidros polidos de alta qualidade, incluindo espelhos e lentes de precisão, são tratados com óxido de cério.

O cério é um componente importante mishmetalla, o que representa “uma liga natural” o metal mais comum da terra rara. Normalmente ele pode conter cerca de 50% de cério e lantânio de 30%, neodímio, 15% e 5 praseodímio%. Mischmetall utilizado na metalurgia para a limpeza de aço e enxofre bem como a remoção de impurezas de chumbo e antimônio. Mischmetall, combinado com metais como ferro e magnésio, utilizado na produção de variedades mais leves de sílex e uma série de outras ligas.

Uma área importante de consumo de terras raras é a produção de vários tipos de catalisadores. O cério é usado para melhorar o desempenho de conversores catalíticos, filtros, os gases de escape dos automóveis. Sua presença contribui para a transformação de monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados e óxidos de azoto em dióxido de carbono, água e nitrogênio.Acredita-se que o efeito estabilizador do óxido de cério de alumínio, aumenta o fluxo do processo de algumas reações catalíticas e aumenta a atividade de ródio para reduzir a concentração de NOx nos gases de escape. Além disso, melhora a atuação dos catalisadores para as “partidas a frio”. Um importante mercado de terras raras é a produção de materiais luminescentes (ou fósforos), em que elementos de terra rara pode ser incluído no material de base da matriz, ou ser o centro de excitação. A estrutura eletrônica de átomos de elementos de terras raras os torna particularmente eficazes na excitação de alta energia de raios gama, raios X, raios catódicos (elétrons) ou radiação ultravioleta, a fim de obter uma luminescência de banda estreita no espectro visível.

Nas novas gerações de lâmpadas fluorescentes compactas são usadas para converter os raios ultravioleta na luz vermelha, verde e azul. O resultado é uma radiação “branca”. Európio bivalente é utilizado para a obtenção de luminescência azul, cério e térbio  para o verde e európio trivalente  para o vermelho.

Da mesma forma, nas telas planas e telas de plasma os elementos terras raras criam LEDs ”brancos” . Granada de ítrio e alumínio (Y3A15O12 ou YAG) são cristais sintéticos, que são amplamente utilizados como meio ativo em lasers de estado sólido. Normalmente para a radiação laser com comprimentos de onda específicos, elas são ativadas, na maioria das vezes através da introdução de neodímio. Outras áreas incluem o consumo de terras raras, em particular, a produção de baterias recarregáveis de níquel-hidreto de lantânio, comumente referido como o níquel metal-hidreto metálico. Devido ao seu alto desempenho e os benefícios ambientais que estão  gradualmente diminuindo o uso de baterias de níquel-cádmio. Além disso, as terras raras são utilizados em pigmentos e cores: laranja / vermelho / marrom pigmentos para plásticos e tintas à base de cério e lantânio foram desenvolvidas como alternativa à base de corantes metais pesados. terras raras também servem como complementos para a cerâmica, melhorar suas propriedades. Os cabos de fibra óptica transmitem sinais por longas distâncias, porque eles contêm peças de fibra arranjadas periodicamente (erbium-ativado), atuando como um amplificador laser.

Metais antes pouco conhecidos, os 17 elementos químicos pertencentes ao grupo dos terras raras, hoje figuram como uma das grandes apostas da economia mundial. Muito utilizados no setor de tecnologia de ponta, estes elementos de extração complexa, são também foco de interesse para os países que pretendem exportar o que pode ser considerado “o ouro do século XXI”.

Segundo o professor associado da Escola Politécnica da USP e diretor de inovação do Instituto de Pesquisas Tecnológicas, Fernando Landgraf, o Brasil até bem pouco tempo atrás não era considerado potencial explorador de terras raras. Porém, com um novo mapeamento das terras, publicado em 2010, provou-se que só em Catalão (GO) as reservas de terras raras chegam a 120 milhões de toneladas. “Além da produção de superímãs, estes metais podem ser utilizados como geradores de energia eólica, componentes de motores de carros híbridos e elétricos, além de parte dos discos rígidos de computadores”, diz.

Outra descoberta recente em terras brasileiras foi uma grande jazida de Tálio, em Barreiras (BA). A jazida constitui a única ocorrência mundial conhecida da associação manganês, cobalto e tálio em ambiente geológico continental. “Essa também é a única jazida conhecida no mundo, onde se pode considerar o tálio como o elemento de maior interesse econômico, já que ele permaneceu indiferente à crise de 2009, com cotação sempre em alta”, afirmou o diretor técnico da Itaoeste Vladimir Aps.

Uma das maiores aplicações do Tálio é na medicina, onde é considerado um radiofármaco da melhor qualidade, usado como contraste para geração de imagens cardiovasculares. Além disso, o metal também é um material termoelétrico e supercondutor em alta temperatura. “Hoje, ele só é produzido no mundo no Cazaquistão e na China, sendo que a China atualmente reduziu as exportações e se tornou importadora de Tálio. Portanto, como concorrência, só resta o Cazaquistão”.