Desafios actuais e futuros na prospecção e exploração de terras raras

António Mateusamateus@fc.ul.pt

La*

REOREO*

CC CCSup CCInfLa 16 30 11Ce 33 64 23Pr 3.9 7.1 2.8Nd 16 26 12.7Sm 3.5 4.5 3.17Eu 1.1 0.88 1.17Gd 3.3 3.8 3.13Tb 0.6 0.64 0.59Dy 3.7 3.5 3.6Ho 0.78 0.8 0.77Er 2.2 2.3 2.2Tm 0.32 0.33 0.32Yb 2.2 2.2 2.2Lu 0.3 0.32 0.29Nb 11 25 6Ta 1 2.2 0.6Zr 100 190 70Y 20 22 19

[Ci ], ppm

Taylor & McLennan (1995)

Factores de concentração 100 a 150

Fc = [Ci, minério ] / [Ci,CC ]

REO 1.5 %

Composição ideal OTR (apr)%

CARBONATOS

Bastnaesite (Ce,La)(CO3 )F 75

Parisite Ca(Ce,La)2 (CO3 )F2 61

Huanghoite (Ba,Ce)(CO3 )F 39

Cebaite Ba3 Ce2 (CO3 )5 F2 32

Synchisite Ca(Ce,Nd,Y,La)(CO3 )2 F

FOSFATOS

Monazite (Ce,La,Nd,Th)PO4 65

Xenótimo YPO4 61

Florencite CaAl3 (PO4 )2 (OH)6 32

Apatite Ca5 (PO4 )3 (F,Cl,OH) 19

ÓXIDOS

Fergusonite (Ce,La,Nd,Y)NbO4 53

Aechynite (Ce,Ca,Fe,Th)(Ti,Nb)2 (O,OH)6 32

Loparite (Ce,La,Na,Ca,Sr)(Ti,Nb)O3 30

Euxinite (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2 O6 24

Brannerite (U,Ca,Y,Ce)(Ti,Fe)2 O6 9

SILICATOS

Alanite (Ce,Ca,Y)2 (Al,Fe3+)3 (SiO4 )3 OH 38

Kainosite Ca2 (Y,Ce)2 Si4 O12 CO3 .H2 O 38

Gadolinite (Ce,La,Nd,Y)Fe2+Be2 Si2 O10 60

Contextos geológicos

Complexos ígneos

Alcalinos

Carbonatíticos

Eluviões / aluviões

(Paleo)Placers

Cordões litorais

Aluvionares

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 20000

20

40

60

80

100

120

140

Prod

ução

Mun

dial

(kt)

Produção global de ETR (1kt = 106 kg) desde 1900 até 2007. Fonte: Rare Earth Statistics, in Di Francesco, C.A., e Hedrick, J.B., compilers – Historical statistics for mineral and material commodities in the United States: U.S. Geological Survey Data Series 140, 2009, disponível em http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/rareearths.pdf.

Ce Catálise (indústria automóvel e refinação de hidrocarbonetos), cerâmicas, vidros, fósforos, pós de polimento).

Dy Cerâmicas especiais, fósforos e aplicações nucleares.

Er Cerâmicas especiais, colorações de vidros, fibras ópticas, lasers e aplicações nucleares.

Eu Fósforos.

Gd Cerâmicas especiais, vidros, detecções óptica e magnética, visualização de imagens em medicina.

Ho Cerâmicas especiais, lasers e aplicações nucleares.

La Conversores catalíticos (automóveis).

Lu Cintiladores de cristal único.

Nd Catálise, filtros infravermelhos, lasers, magnetes permanentes, pigmentos.

Pr Cerâmicas especias, vidros e pigmentos.

Pm Fósforos, miniaturas de baterias nucleares e dispositivos de medida.

Sm Filtros de micro-ondas, aplicações nucleares e magnetes permanentes.

Tb Fósforos.

Tu Tubos de feixes electrónicos e visualização de imagens médicas.

Yb Indústrias química e metalúrgica.

Y Capacitores, fósforos, radares e supercondutores.

Sc Indústria aeroespacial, aplicações nucleares, iluminação e supercondutores.

Componentes essenciais na manufactura (massificada) de numerosos produtos

Ferramentas e aplicações inovadoras com elevado valor acrescentado(aditivos em diferentes tipos e ligas, incrementado durabilidade, resistência mecânica, etc.)

Indústria química(catalisadores, aditivos vidro)

Joalharia

Procura e consumo crescente…

Electrónica (fina)

Iluminação e monitores

Indústria automóvel(magnetes em motores híbridos;baterias; …)

Relojoaria

Equipamentos médicos

Supercondutores(Alta temperatura, Y)

Energia Eólica(magnetes em turbinas)

Petroquímica(catalisadores)

Aeroespacial e militar(magnetes em motores de controlo de voo; cerâmicas especiais)

… vitais ao uso generalizado da tecnologia verde…

1960

2009

… não tendo ocorrência Natural em proporção equivalente às necessidades de mercado…

La (óxido, 99%) = US$40.00/kg Baterias recarregáveis

Ce (óxido, 99%) = US$65.00/kg Catalisadores; polimento de vidros

Pr (óxido, 99%) = US$75.00/kg Magnetes; Coloração de vidros

Nd (óxido, 99%) = US$60.00/kg Magnetes; Lasers, Vidros especiais

Sm (óxido, 99%) = US$350.00/kg Magnetes; Iluminação; Lasers

Eu (óxido, 99%) = US$1200,00/kg Fósforos vermelhos (monitores; iluminação)

Gd (óxido, 99%) = US$150.00/kg Reactores nucleares; aplicações médicas

Tb (óxido, 99%) = US$850.00/kg Fósforos verdes; Magnetes

Dy (óxido, 99%) = $160.00/kg Magnetes alta temperatura, Lasers

Y (óxido, 99.9%) = $50.00/kg Fósforos, Lasers

ETR

LET

RP

Preço em US$ para kg de óxido puro

Aplicações % Volume % Valor % Crescimento

Catalisadores 22 5 4 a 7

Magnetes 22 37 10 a 16

Ligas metálicas 20 14 15 a 20

Polimento 9 4 6 a 8

Vidros 9 2 Negligenciável

Fósforos 5 31 7 a 10

Outras 13 7 5 a 9

Produção mundial de REO em 2009

130,000 toneladas

La

Ce

Pr

Nd

Valor de mercado (REO) US$17.5 kM

Procura deverá crescer de forma assinalável nos próximos anos

China responsável por 92- 95% da produção mundial desde 2008…

Manufactura de produtos “high-tech” requer o uso de concentrados refinados e puros

2009

Fonte: IMCOA (2012)

Óxido TR ProcuraREO (ton) % %Produção

REO (ton)

Taxa de crescimento (procura anual)

10% para os próximos 15-20 anos

2003: Procura,

85000 ton REO (US$500 M)2008: Procura, 124000 ton REO (US$1.25kM)[2016]: Procura, 200000 ton REO (US$2 a 3kM)

Reservas conhecidas não permitem suprir necessidades projectadas

Importância estratégica

Importância económica elevada (“tecnologia verde”)

Impactes muito significativos resultantes do decréscimo de abastecimento(taxa procura/uso >> taxa de produção/transformação)

Segurança de abastecimento

Substitutos desconhecidos ou bastante onerosos

Taxa de reciclagem nula ou muito baixa

EstratEstratéégia da UEgia da UE

Grafite

Terras Raras (REE)

Fluorite

Metais do Grupo da Pt (PGM)

Matérias-primas minerais críticas

2013

… 29 projectos em andamento (outros territórios que não China)

Alguns dos novos projectos poderão colocar cerca de 50000t/ano de ETR no mercado a partir de 2015-2020, valor inferior às projecções conservadoras de demanda.

Potencial para prospecção em Portugal

Quartzitos (Ordovícico)

Província Alcalina do NE Alentejano (Câmbrico Sup. – Ordovícico)

Complexos Alcalinos (Cretácico Sup.)

Inventariação e prospecção de ETR nas regiões fronteiriças da Beira Baixa e Norte Alentejo

Inverno et al. (2007, 2008)

Rosa et al. (2010)

Salgueiro et al. (2010)

RadioactivosMonazite nodular rica em Eu (0.93%)]:

ETR = 0.65%; ETR+Sc+Y = 0,70%La

1800 ppm

Ce

3200 ppmNd

1100 ppm

Y

428 ppmU3 O8

0.021 %

ThO2

0.13 %

Recurso estimado:2.4 Mt @ 0.435% ETR (0.465% ETR+Y+Sc)

Quartzito negros (Ordovícico)Inverno et al. (2008)

Rosa et al. (2010); Salgueiro et al. (2010)

Xenótimo (YPO4 ) aluvionar em concentrados de bateia.

Concentrações de maior significado em Nisa, Sto António das Areias e Marvão.

Proveniência:

Maciços graníticos de Penamacor e Nisa;

Arcoses da Beira Baixa;

Niveis de cascalheiras Plio-Plistocénicas com intercalações argilo-arenosas.

Rosa et al. (2010); Salgueiro et al. (2010)

Província Alcalina do Nordeste Alentejano

Teixeira e Assunção (1957, 1958); Assunção e Gonçalves (1970); Coelho e Gonçalves (1971); Carrilho Lopes (2004).

Corpos intrusivos extensos afectados por deformação e recristalização Varisca.

Especialmente relevantes em termos cartográficos as diferentes fácies representadas nas Folhas 32B-Portalegre, 32D-Sousel, 33A-Assumar, 33C-Campo Maior e 37A-Elvas da Carta Geológica de Portugal na escala 1:50.000.

Maciço de Alter do Chão [sector de Alter Pedroso – Vaiamonte]

Maciço de Elvas [sectores de Outeirão, Vale de Figueira-Aldeia do Pombal-Varche-Laje, Falcato, Alcamins, Degola e Gebarela]

Faixa Blastomilonítica [sectores de Figueira de Cima, Cevadais, Assumar, Arronches-(Revelhos) Barragem do Caia]; conjunto heterogéneo de litologias.

Maciço de Alter do Chão

Grande diversidade petrográfica

Especialmente importantes as de natureza sienítica (leuco a melanocratas) aflorantes na região de Alter Pedroso, por vezes apresentado fácies pegmatítica filoniana;

Exemplares desta última variedade reconhecidos na proximidade de Arribana da Serra dos Tojos contêm quantidades acessórias de (Pacheco e Gomes, 1960):

Gadolinite, (Ce,La,Nd,Y)2 FeBe2 Si2 O10

Thalenite, Y3 Si3 O10 (OH)

Orangite, variedade de thorite, (Th,U)SiO4

Alanite, (Ce,Ca,Y)2 (Al,Fe3+)3 (SiO4 )3 OH e

Zircão.

Ga Y Zr Nb Hf Ta Th U La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuCount 58 68 68 68 58 58 58 58 68 68 58 68 68 68 68 58 68 58 68 58 68 68

Min 24 9 133 3 2 0 1 0 1 6 0 2 1 0 1 0 2 0 1 0 1 01 Q 33 35 373 20 9 2 8 2 29 66 7 24 4 1 5 1 5 1 4 1 4 1

Median 41 63 792 39 19 3 13 5 44 105 11 46 8 1 11 1 9 2 7 1 7 13 Q 53 109 1103 88 26 6 19 7 80 175 20 75 13 3 19 2 17 4 13 2 12 2

Max 108 670 4800 614 115 47 67 21 403 767 67 292 71 14 77 12 112 22 77 10 75 10Mean 47 105 1041 75 24 6 17 6 73 154 15 65 12 2 16 2 17 4 13 2 12 2

SD 21 123 1022 99 24 7 14 5 76 148 13 63 14 3 16 2 21 4 15 2 14 2

Valores em ppm

Província Alcalina do Nordeste Alentejano

Província Alcalina do Nordeste Alentejano

VALORES MÁXIMOS DE ACORDO COM OS DADOS EXISTENTES

Símbolo Nº atómico U.M.A. [M] ppm [M]wt# Óxidos (REE)2O3 P.M. Óxido M

wt% P.M. Óxido M wt%

La 57 138,9055 403,0 0,0403 La2O3 325,8092 0,047263 Ce 58 140,12 767,0 0,0767 Ce2O3 328,2382 0,089837 Pr 59 140,9077 67,2 0,00672 Pr2O3 329,8136 0,007865 Nd 60 144,24 292,0 0,0292 Nd2O3 336,4782 0,034058 Nd2O5 368,477 0,037297 Sm 62 150,4 71,0 0,0071 Sm2O3 348,7982 0,008233 Eu 63 151,96 13,6 0,00136 Eu2O3 351,9182 0,001575 Gd 64 157,25 77,2 0,00772 Gd2O3 362,4982 0,008898 Tb 65 158,9254 12,4 0,00124 Tb2O3 365,849 0,001427 Dy 66 162,5 112,0 0,0112 Dy2O3 372,9982 0,012854 Ho 67 164,9304 21,5 0,00215 Ho2O3 377,859 0,002463 Er 68 167,26 77,1 0,00771 Er2O3 382,5182 0,008816 Tm 69 168,9342 10,0 0,001 Tm2O3 385,8666 0,001142 Yb 70 173,04 75,4 0,00754 Yb2O3 394,0782 0,008586 Lu 71 174,967 10,3 0,00103 Lu2O3 397,9322 0,001171

Total REO 0,234188 0,237427 Y 39 88,9059 670,0 0,067 Y2O3 225,81 0,085086 Nb 41 92,9064 614,3 0,06143 Nb2O5 265,8098 0,087877 Ta 73 180,947 47,4 0,00474 Ta2O5 441,891 0,005788

Total REO* (=REO+Y+Sc) 0,319274

VALORES MEDIANOS DE ACORDO COM OS DADOS EXISTENTES La 57 138,9055 44,0 0,0044 La2O3 325,8092 0,00516 Ce 58 140,12 104,6 0,01046 Ce2O3 328,2382 0,012252 Pr 59 140,9077 10,8 0,001075 Pr2O3 329,8136 0,001258 Nd 60 144,24 45,6 0,00456 Nd2O3 336,4782 0,005319 Nd2O5 368,477 0,005825 Sm 62 150,4 8,2 0,000815 Sm2O3 348,7982 0,000945 Eu 63 151,96 1,2 0,000115 Eu2O3 351,9182 0,000133 Gd 64 157,25 10,7 0,001065 Gd2O3 362,4982 0,001228 Tb 65 158,9254 1,5 0,000145 Tb2O3 365,849 0,000167 Dy 66 162,5 9,2 0,000915 Dy2O3 372,9982 0,00105 Ho 67 164,9304 2,3 0,000225 Ho2O3 377,859 0,000258 Er 68 167,26 7,4 0,000735 Er2O3 382,5182 0,00084 Tm 69 168,9342 1,2 0,00012 Tm2O3 385,8666 0,000137 Yb 70 173,04 6,7 0,00067 Yb2O3 394,0782 0,000763 Lu 71 174,967 1,1 0,00011 Lu2O3 397,9322 0,000125

Total REO 0,029635 0,03014 Y 39 88,9059 62,5 0,00625 Y2O3 225,81 0,007937 Nb 41 92,9064 39,3 0,003925 Nb2O5 265,8098 0,005615 Ta 73 180,947 2,7 0,000265 Ta2O5 441,891 0,000324

Total REO* (=REO+Y) 0,037572

 

Miranda et al. (2009)

Grange et al (2010)