O próximo boom em terras raras
Os EUA, a Austrália e o Canadá estão a impulsionar um ressurgimento global do processamento de terras raras
Seria um exagero dizer que o mundo moderno funciona com elementos de terras raras. Mas no que diz respeito aos exageros, isso tem mais do que um grão de verdade.
Devido às suas propriedades luminescentes, eletroquímicas e magnetocristalinas únicas, os elementos de terras raras são essenciais para algumas das indústrias de base tecnológica mais importantes e de crescimento mais rápido. Eles são usados nos fósforos que tornam possível a luz branca e outros LEDs, e estão em compostos usados para purificar materiais semicondutores essenciais, como carboneto de silício e nitreto de gálio, para indicar apenas algumas de suas inúmeras aplicações em tecnologia. Talvez o mais importante, porém, seja o facto de serem componentes essenciais dos ímanes permanentes utilizados nos motores da maioria dos veículos eléctricos e de muitos aparelhos, e também nos geradores da maioria das turbinas eólicas.
Cerca de 90% dos elementos de terras raras processados provêm da China, uma dependência da cadeia de abastecimento que assusta os executivos ocidentais e, especialmente, os responsáveis da defesa.
A importância crítica das terras raras em tantas indústrias tecnológicas é uma preocupação crescente em muitos países ocidentais. Cerca de 90% dos elementos de terras raras processados provêm da China, uma dependência da cadeia de abastecimento que assusta os executivos ocidentais e, especialmente, os responsáveis da defesa. As terras raras são vitais para inúmeras aplicações militares, incluindo óculos de visão noturna, sistemas de mira a laser e telêmetro, displays aviônicos e polimento e outros compostos para lentes ópticas. Além disso, ímãs permanentes de terras raras são usados nos motores e atuadores de muitos sistemas militares, como os que dirigem mísseis e bombas inteligentes, bem como em conjuntos nos motores do caça a jato F-35 , e nos aviões de viagem. -sistemas de tubo de onda e clístron usados em radares e comunicações por satélite.
Em 24 de fevereiro de 2021, o presidente dos EUA, Joseph R. Biden, assinou uma Ordem Executiva orientando o Departamento de Defesa dos EUA e outras agências a avaliar as vulnerabilidades das cadeias de abastecimento críticas dos EUA, incluindo as de terras raras. Essa ordem foi seguida, nos anos seguintes, pela concessão, por parte do DoD, de bem mais de 100 milhões de dólares em subvenções, investimentos e iniciativas destinadas a reforçar o acesso dos EUA às terras raras .
A pedra angular do programa foi um prêmio de US$ 35 milhões, em fevereiro de 2022, à MP Materials para projetar e construir uma instalação para extrair e processar elementos de terras raras do minério em sua mina Mountain Pass, na Califórnia. Seguiu-se a uma concessão anterior de US$ 10 milhões à MP Materials, em novembro de 2020. A instalação fica no local da última grande planta de processamento de terras raras nos Estados Unidos, que encerrou suas operações na década de 1990 . Agora, com a fábrica de Mountain Pass a iniciar operações e várias outras instalações planeadas para construção nos próximos anos, as autoridades ocidentais estão a debater-se com as implicações ambientais de um retorno em grande escala do processamento de terras raras.
Para obter informações sobre a indústria global de terras raras neste momento importante, o IEEE Spectrum contatou Melissa “Mel” Sanderson , membro do conselho e consultora da American Rare Earths , da qual atuou anteriormente como presidente das operações norte-americanas da empresa. Sanderson, ex-oficial do serviço de relações exteriores do Departamento de Estado dos EUA, também é professor de prática na Thunderbird School of Global Management da Arizona State University.
Quais são alguns dos elementos de terras raras mais importantes e para que são usados?
Melissa Sanderson: Bem, existem essencialmente dois grupos dentro da família dos elementos raros, leves e pesados. Dentro das luzes, existem dois elementos que todos perseguem, o neodímio e o praseodímio . E a razão pela qual todos os estão perseguindo é porque eles são usados na fabricação de ímãs. Então os ímãs vão para os motores. Portanto, eles são muito essenciais.
Turbinas eólicas também. Os dínamos geradores possuem ímãs permanentes.
Sanderson: Com certeza. Mas aqui está o problema. Esses dois por si só não são suficientes porque esses tipos de motores funcionam muito quentes e muito rapidamente. Então você realmente quer combiná-los com dois pesados, disprósio e térbio . Portanto, o grande unicórnio dos depósitos é aquele que possui depósitos significativos dos dois leves e dos dois pesados. E então você está certo porque é quando você pode oferecer aos finalizadores o produto que eles precisam para produzir metais magnéticos confiáveis que funcionarão por mais tempo e mais frios.
Então, qual é o estado atual da indústria de elementos de terras raras? Primeiro, quão grande é? Do que estamos falando em termos de volume de negócios anual global na indústria de elementos de terras raras?
Sanderson: Bem, tenho visto estudos que estimam atualmente na faixa de centenas de bilhões de dólares. E eu vi.
Para todos os elementos de terras raras?
Sanderson: Sim. E tenho visto estudos prospectivos que fazem certos tipos de pressupostos de crescimento em áreas económicas-chave e nem sequer levam em conta a procura dos sectores de defesa que empurram esse nível para bem mais de um bilião de dólares quando chegarmos a 2050. Portanto, é um mercado bom e forte agora, e parece ter pernas saudáveis.
Qual é o estado atual da indústria globalmente? Como todos sabemos agora, a China domina tanto a mineração como o processamento. Mas quais são as estatísticas sobre isso?
Sanderson: Bem, a maioria deles mostra que a China controla mais ou menos 80 a 85 por cento da produção de produtos acabados e 90 por cento do processamento. Portanto, esses dois estão relacionados no sentido de que a China está obviamente a extrair as suas próprias rochas, mas a maioria das empresas que estão em actividade hoje, fora da Austrália, também estão a enviar as suas rochas para a China para polimento, acabamento e separação. É por isso que há uma ligeira variação nesses números, porque nem tudo é extraído na China, mas a maior parte é finalizada na China.
E isso cobre tudo, terras raras leves, terras raras pesadas e assim por diante?
Sanderson: Sim.
Por que a China domina tão completamente o processamento, especialmente?
Sanderson: Bem, olhe 25 anos atrás. Ninguém falava muito sobre ‘Ah, lítio e, ah, terras raras’, porque as tecnologias não eram tão difundidas. A mudança na tecnologia e o seu rápido desenvolvimento é o que tornou a China tão crucial porque, há 25 anos, ninguém queria lidar com processamento. A tecnologia, especialmente naquela época, não era particularmente amiga do ambiente. Você poderia dizer sem rodeios “tecnologia suja”. E os países ocidentais, em geral, não queriam ter isso em terra. Então, coletivamente falando, ficamos todos felizes em entregá-lo à China. … Portanto, a China conseguiu criar uma indústria de processamento muito forte com relativa rapidez e foi assim que conseguiu entrar no mercado.
Temos uma situação diferente agora. Temos vários países, especialmente os Estados Unidos e a Austrália, novamente muito interessados em terras raras. Ambos tinham indústrias de terras raras, se você voltar, eu acho, 40, 50 anos ou mais. Quais são os seus planos e porque é que estão agora interessados, novamente, em ter a sua própria indústria, depois de anos de dependência da China? E quanto progresso foi feito até agora nos Estados Unidos e na Austrália?
Sanderson: Eu também incluiria o Canadá nessa mistura porque, mais ou menos, esses são os três grandes países mineradores ocidentais que atualmente estão se esforçando para manter a capacidade indígena de terras raras de uma ponta a outra, ou seja, desde escavar as rochas até fazendo o processamento inicial para poder fornecer um produto pronto para motor magnético aos fabricantes de ímãs. Então, quando você olha para a situação do mercado, o que você encontra são os países ocidentais, os três de que estou falando, com exceção da Lynas, que é uma empresa australiana que já está em terras raras há um bom tempo. Ao mesmo tempo, a indústria é caracterizada por mineiros juniores. [Estas são] pequenas empresas iniciantes que localizaram depósitos prospectivos muito promissores, minas prospectivas, e estão na luta para obter licenças e recursos para poder construir essas minas. Portanto, o apoio governamental é visto como importante, e o governo dos EUA certamente intensificou…. Mas é um nível de financiamento sem precedentes e não é visto pelo governo dos EUA desde a Segunda Guerra Mundial, basicamente. E a intenção do Congresso era claramente desenvolver uma capacidade mineira indígena dos EUA. Sabemos disso porque ao mesmo tempo em que trabalhavam no IRA.
Lei de Redução da Inflação.
Sanderson: Sim. A Lei de Redução da Inflação , IRA. Estavam simultaneamente a aprovar legislação que exigia, por exemplo, que os fabricantes de veículos eléctricos sediados nos Estados Unidos fornecessem os seus factores de produção internamente até 2030. Portanto, claramente, a intenção era ter novas minas na América onde pudessem comprar. Bem, percebeu-se que, especialmente com o processo de licenciamento na América, isso não vai acontecer. E, portanto, o dinheiro do IRA foi aberto a nações aliadas como o Canadá e a Austrália para ajudar na sua corrida para desenvolver novas empresas e construir a indústria na expectativa de que venderão às empresas dos EUA os materiais necessários para transformar a nossa economia, que é uma principal razão para esse impulso. Queremos transformar a nossa economia numa economia mais verde, mais limpa e mais sustentável do ponto de vista ambiental. E secundariamente, e igualmente importante, a indústria de defesa depende fortemente de insumos de terras raras para todos os seus dispositivos de alta tecnologia. E assim, para a segurança nacional, também precisamos de ter acesso a estas terras raras, quer o façamos dentro das nossas fronteiras, quer o façamos com aliados.
Portanto, os EUA têm uma espécie de postura dupla ou uma iniciativa dupla, tanto a utilização comercial de terras raras em veículos eléctricos como também a utilização na defesa. E ambos estão se beneficiando, ou é apenas a atividade comercial que se beneficia da Lei de Redução da Inflação?
Sanderson: Ah, não. Absolutamente não. Quer dizer, o Departamento de Defesa, aliás, tem sido, de certa forma, o elemento mais direto que auxilia esse crescimento nos Estados Unidos porque, por exemplo, foi o Departamento de Defesa que deu dinheiro à MP Materials, atualmente o único grande fabricante de terras raras dos EUA a desenvolver a sua capacidade de processamento e, portanto, libertá-la da China.
Você mencionou a MP Materials, com sede em Las Vegas, e eles acabaram de começar a operar uma grande mina com uma instalação de processamento bem próxima, no sudeste da Califórnia.
Sanderson: Sim. Houve alguns atrasos, mas a planta de processamento já está funcionando.
Quais são algumas das outras grandes empresas fora da China que estão agora competindo e buscando ativamente minas e/ou futuras capacidades de processamento?
Sanderson: O outro de que todos falam é o da Austrália, Lynas . E Lynas, na verdade, também recebeu financiamento do Departamento de Defesa para construir uma instalação de separação de processamento no Texas que atenderá materiais leves e pesados. Então, quando isso entrar em operação, será uma oportunidade maravilhosa para as empresas americanas, que talvez não consigam naquele momento ou que não queiram investir em um fluxo de processamento completo, de vender concentrado para as instalações de processamento de Lynas no Texas. Lynas também está construindo uma nova unidade de processamento na Austrália, que receberá a matéria-prima de uma de suas grandes minas localizadas nas proximidades.
E eles estão operando uma grande fábrica na Malásia, se não me engano.
Sanderson: Bem, Lynas tem alguns problemas na Malásia. As reportagens da imprensa mostram que o governo está no caminho certo, pelo menos neste momento, para cancelar mais ou menos aquela central devido ao protesto público. Há uma resistência ao processamento, especialmente terras raras pesadas que tendem a se associar ao urânio e ao tório. E isso suscita muita preocupação na mente do público, não apenas na Malásia, mas em todo o mundo, porque ouvem essas palavras e, claro, sabem que são elementos radioativos; esses são elementos perigosos. Não queremos isso aqui. Então Lynas tem andado de um lado para o outro com o governo da Malásia.
Portanto, a primeira fábrica de processamento em grande escala de Lynas fora da Austrália. Eles estão operando na Austrália?
Sanderson: Ah, sim. E então eles estão construindo este mais novo também.
No Texas.
Sanderson: No que diz respeito ao mundo ocidental, Lynas é o principal concorrente da China em termos de produção e processamento.
Tenho visto algumas notícias recentemente sobre o Vietnã ter grandes aspirações em terras raras, mas eles encontraram um obstáculo recentemente .
Sanderson: Há uma alegação contínua, evidentemente, por parte do governo vietnamita, de que pode ter havido alguma contratação inadequada em torno do uso dessas instalações. É um pouco vago, mas o resultado é que, neste momento, o Vietname praticamente encerrou essas aspirações.
A minha impressão é que uma empresa mineira de terras raras contratou uma organização chinesa para processamento, desafiando ou violando, devo dizer, as regras vietnamitas que pretendiam que o processamento ocorresse no Vietname.
Sanderson: Sim, é por isso que digo que é realmente muito obscuro, porque acho que a maior parte da história que chegou à imprensa veio do lado do governo e, portanto, é realmente difícil saber qual pode ou não ser a realidade nesses circunstâncias.
OK. Então você é membro do conselho, ex-presidente, da American Rare Earths, que não é negligente no jogo das terras raras. O que você pode nos dizer sobre os planos da Rare Earth?
Sanderson: É um momento maravilhoso para nós porque, há alguns meses, emitimos uma avaliação inicial de recursos de nossa principal oportunidade em Halleck Creek, Wyoming. E esse depósito é verdadeiramente um activo estratégico para os Estados Unidos da América. É enorme. São 1,4 bilhão de toneladas de terras raras no total, e isso equivale a, após processamento e separação, mais ou menos, um milhão de toneladas daquele neodímio e praseodímio que discutimos anteriormente, portanto, dois dos principais materiais necessários. Acabamos de concluir uma nova rodada de perfuração para levar nossa exploração ainda mais fundo, porque uma das coisas maravilhosas sobre esse depósito é que ele é muito consistente na distribuição das terras raras em profundidade, até onde avançamos em nossa primeira rodada de perfuração. , que era de 150 metros. Então, nesta rodada de perfuração, vamos descer até 300 metros e estamos ansiosos para ver o retorno disso.
A outra coisa que é altamente prospectiva sobre este depósito é que ele não tem praticamente nenhum desses dois elementos de penalização, urânio e tório, o que significa que, de certa forma, é muito mais fácil de processar e certamente será menos dispendioso porque não teremos empenhar-se em ter instalações de armazenamento separadas para lidar com esses materiais. E nós também, do lado da concessão de licenças, provavelmente não precisaremos de obter uma licença da agência reguladora nuclear, desde que, quando passarmos pelo nosso processamento, não descubramos que os materiais se concentram. E no momento, eles não são. Portanto, esses são enormes benefícios para nós.
Você também está planejando fazer seu próprio processamento ou contrataria isso?
Sanderson: Não, estamos absolutamente interessados em fazer nosso próprio processamento. O depósito mostrou recentemente que se presta facilmente a um processo de lixiviação. Então essa é uma tecnologia padrão, disponível e facilmente conhecida.
Existem novas ideias no processamento de minério de terras raras? Quais são os tipos básicos? Você mencionou o processamento de lixiviação. E o que as pessoas estão pensando em fazer agora que teremos processamento de terras raras nos Estados Unidos a qualquer dia, a qualquer mês? Quais são algumas das precauções ou ideias que as pessoas têm para minimizar o impacto ambiental?
Sanderson: Há muitos canais interessantes sendo buscados, alguns dos quais financiados pelo governo dos EUA. A separação por ultrassom usaria essencialmente a mesma tecnologia usada em um consultório médico quando você vai fazer um exame de ultrassom. Mas seria usado essencialmente para excitar as moléculas desejadas para que saíssem de uma solução. Então isso está sendo analisado por várias empresas. Na verdade, o governo dos EUA está a cooperar com o Departamento de Energia e com o Departamento de Defesa e com um consórcio de universidades que estão a estudar a separação biológica dos elementos desejados. Por outras palavras, utilizando a tecnologia CRISPR para criar bactérias ou enzimas para se ligarem diretamente ao neodímio e ao praseodímio, retirá-los da solução mais ampla e colocá-los prontos para o processamento final. Esses são alguns exemplos das linhas de pensamento que estão em andamento. E é um momento muito emocionante porque se qualquer uma dessas linhas de pesquisa for plenamente realizada, será uma mudança de jogo para a indústria em termos de processamento verde e também provavelmente um processamento muito mais rápido e potencialmente menos dispendioso. Portanto, tudo isto contribuiria para ampliar ainda mais o valor das terras raras nas nossas sociedades.
Nota do editor: Um porta-voz da MP Materials disse ao IEEE Spectrum que a empresa começou a operar a planta de processamento de Mountain Pass na primavera e que produziu 50 toneladas de óxido NdPr refinado no terceiro trimestre deste ano.
Esta entrevista foi editada levemente para concisão e clareza.
Por Glenn Zorpette, para o Spectrum IEEE