COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº 174856

Avanço na obtenção de didímio e de ligas de didímio- ferro-boro no IPT João Batista Ferreira Neto

Palestra apresentada em 2017.

A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT

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www.ipt.br

Avanços na obtenção de Didímio e de Ligas de Didímio- Ferro-Boro no IPT

Óxido Nd,Pr

Redução IPT para Nd,Pr

Elaboração liga Nd-Fe-B em FIV IPT seguido de

Strip Casting

Moagem em Jet Mill (IPT)

Pó de NdFeB

Orientação

Compactação

Sinterização

Tratamento térmico

Revestimento contra corrosão

Hidretação

Aplicação

PROJETO

EMBRAPII/CBMM

2014-2016

Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM

Eletrólise Voltametria

Cíclica

Metalotermia

Definição rotas

Projeto de reatores

Construção de reatores (incluindo fornos e automação)

Instalação e Start up

Testes

Análise de resultados

Eletrólise

Redução do cátion pela passagem de uma corrente elétrica em meio de sais de fluoretos

Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM

Catodo Anodo

Gás

Sal fundido

Catodo:

Anodo:

Reações

(s) ou (l)

Carb

on

o

Eletrólise

Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM

Limpeza dos gases

Entender o mecanismo de eletrodeposição dos

íons Nd3+ e Pr3+/4+ (redução em uma etapa de 3

elétrons ou em mais de uma etapa)

Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM

Voltametria

-2,00 -1,75 -1,50 -1,25 -1,00-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Nd

Cu

rre

nt d

en

sity (

A/c

m²)

Potential (V)

LiF-CaF2-NdF

3-PrF

3-Nd

2O

3-Pr

6O

11, (200 mV/s)

Pr

Voltamograma cíclico do sistema

LiF-CaF2-NdF3-PrF3-Nd2O3-Pr6O11 a 200 mV/s

De

nsid

ad

e d

e

Co

rre

nte

(A

/cm

²)

Potencial (V/Pt)

Variação da corrente (A) e voltagem (V) durante a redução

eletrolítica do óxido de didímio metálico. BF indica o início da

alimentação do óxido e EF indica o fim da alimentação

Eletrólise

Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM

Tempo (min)

Co

rre

nte

(A

)

Vo

lta

ge

m (

V)

Emissões na produção de Terras Raras

• Semelhantemente ao que ocorre na eletrólise do alumímio. Durante a redução de Terras Raras pode ocorrer a produção de perfluorcarbonos (PFCs) ;

• Existem poucas publicações sobre a quantificação de emissões de PFCs e as que existem são contraditórias:

Publicação Alemã (2017) (Aachen)

Emissão de PFCs: 9,6 t/(t Nd metal)

(7 % da emissão total durante o efeito anódico)

Emissão anual: 20 Mt/ano de CO2eq

(contínuo)

Emissão anual: 480 kt/ano de CO2eq (efeito anódico regular)

Vogel et al. (2017)

Publicação Alemã (2017) (Aachen)

Emissão de PFCs: 9,6 t/(t Nd metal)

(7 % da emissão total durante o efeito anódico)

Emissão anual: 20 Mt/ano de CO2eq

(contínuo)

Emissão anual: 480 kt/ano de CO2eq (efeito anódico regular)

Vogel et al. (2017)

Publicação Chinesa (2017) (QianDong Rare Earth Group)

Emissão de PFCs: 0,2 t/(t Nd metal)

(0,001 % da emissão total)

Emissão anual: 10 kt/ano de CO2eq

Zhang et al. (2017)

Publicação Chinesa (2017) (QianDong Rare Earth Group)

Emissão de PFCs: 0,2 t/(t Nd metal)

(0,001 % da emissão total)

Emissão anual: 10 kt/ano de CO2eq

Zhang et al. (2017)

Estudos Preliminares IPT

Emissão de PFCs: 0,69 t/(t Nd metal) (0,5 % da emissão total durante o

efeito anódico)

Emissão anual:34 kt/ano de CO2eq (efeito anódico regular)

Estudos Preliminares IPT

Emissão de PFCs: 0,69 t/(t Nd metal) (0,5 % da emissão total durante o

efeito anódico)

Emissão anual:34 kt/ano de CO2eq (efeito anódico regular)

Dados para uma produção anual de 50 mil t de Nd metálico

Ref para Al: 0,6 t CO2 eq/t Al (58 milhões t Al ~ 35 milhões t CO2)

Elemento % massa

Al 0,009-0,015

Mg 0,02

Ca 0-0,02

Pr 7-44

Nd 58-92

O 0,002

ETR 0,1

Composição química determinada por

ICP-MS do didímio produzido por eletrólise

em meio de fluoretos fundidos

Eletrólise

Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM

- 600 a 800 g didímio/batelada

Óxido Nd,Pr

Redução IPT para Nd,Pr

Elaboração liga Nd-Fe-B em FIV IPT seguido de

Strip Casting

Moagem em Jet Mill (IPT)

Pó de NdFeB

Orientação

Compactação

Sinterização

Tratamento térmico

Revestimento contra corrosão

Hidretação

Aplicação

PROJETO

EMBRAPII/CBMM

2016-2018 (1,5 anos)

Lingotamento de tiras (strip casting)

• Liga (Nd, Pr)-Fe-B em estado líquido, sob atmosfera de argônio é vazada sobre um rolo refrigerado em rotação

Solidificação rápida – Strip casting (obtenção de pós para imãs sinterizados

isotrópicos)

Principais desafios:

Reduzido tamanho de grão e seu controle

Fase rica em Nd no contorno de grão para facilitar moagem após hidretação e

snterização

Evitar reação peritética: precipitação fase Fe(α):Fe(α) não magnética e tem efeito

negativo na sinterização (prejudica alinhamento partículas durante a sinterização)

e moagem (fase dúctil) – tamanho de partícula maior

Diagrama de fase 8,75% at B

Micrografias de ligas produzidas com Nd e Didímio em FIV resfriado

em coquilha de cobre refrigerada a água

INCT - Linhas de trabalho

• Estudo da evolução e tratamento dos gases do processo de redução de óxido de didímio

• Corrosão e proteção contra corrosão de ímãs permanentes de Nd-Fe-B

• Desenvolvimento e validação de metodologias espectroanalíticas para análise elementar de produtos, subprodutos e matérias primas do processo de produção de imãs de terras raras (Nd,Pr)-Fe-B

•

INCT - Linhas de trabalho

• Modelagem da solidificação por campo de fases (phase field)

• Otimização dos parâmetros do lingotamento de tiras

• Obtenção de ligas (Nd, Pr)-Fe-B com diferentes elementos de liga

Óxido Nd,Pr

Redução IPT para Nd,Pr

Elaboração liga Nd-Fe-B em FIV IPT seguido de

Strip Casting

Moagem em Jet Mill (IPT)

Pó de NdFeB

Orientação

Compactação

Sinterização

Tratamento térmico

Revestimento contra corrosão

Hidretação

Aplicação

PROJETO FUNTEC

Obtenção de imãs de

(Nd,Pr)FeB a partir de

óxido de Didímio

Enquadrado para

contratação

2017 -2020 (2,5 anos)

Scale up

Piloto

LabFabITR Implantação e Operação do Laboratório-Fábrica

de Ligas e Ímãs de Terras Raras

PLANO DE NEGÓCIOS DO

PROGRAMA INOVA MINERAL

Scale up da redução eletrolítica do Didímio na escala industrial

Enquadrado como ICT-Empresas FINEP

Grato pela Atenção!

João Batista Ferreira Neto

Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais

IPT

jbfn@ipt.br

11 3767 4244