Por que os elementos de terras raras estão escondidos à plena vista

Os elementos de terras raras, também conhecidos como ETRs, são o tópico de hoje. Quase todos os veículos de comunicação destacam o aumento da demanda global e concorrência por recursos, à medida que os ETRs passam a desempenhar um papel fundamental em tecnologia computacional de ponta, smartphones, ímãs, motores de veículos elétricos e até mesmo turbinas eólicas. No entanto, o que muitos não entendem é que a dificuldade de fornecimento não é causada pela escassez dos metais na crosta terrestre. Vamos investigar esse paradoxo e conhecer os desafios na cadeia de suprimentos global, bem como as pesquisas atuais e as fronteiras futuras na descoberta e produção de ETRs.

O termo ETR é, de fato, uma denominação historicamente incorreta que leva as pessoas a se confundirem sobre o motivo pelo qual esses metais são tão difíceis de encontrar. Na verdade, eles não são nada raros, mas raramente são encontrados em sua forma pura. Os químicos analíticos enfrentaram grandes dificuldades para separar os 17 metais do grupo dos lantanídeos usando os primeiros métodos disponíveis, o que os levou a acreditar que esses elementos eram escassos na natureza. No entanto, agora sabemos que os lantanídeos, como o cério, são ainda mais abundantes do que o cobre na crosta terrestre. O neodímio supera até mesmo o ouro por várias ordens de grandeza.

E, ainda assim, o mundo enfrenta uma crise de fornecimento que é absolutamente real. O principal desafio não é a escassez, mas a dificuldade de localizar, extrair e explorar esses recursos de forma economicamente viável. À medida que a necessidade global por independência energética e capacidade computacional aumenta, a demanda resultante por esses metais evidenciou que o fluxo de entrada de novos recursos de ETRs é extremamente limitado. Isso ocorre com a maioria dos minerais críticos, mas o intervalo entre a descoberta de uma jazida de ETR e o desenvolvimento de uma mina está se mostrando muito maior do que para praticamente qualquer outra commodity — e eis o motivo.

Os depósitos de ETR podem se formar por meio de fracionamento cristalino em câmaras magmáticas. Eles se originam no manto litosférico profundo e metassomatizado, onde a fusão parcial de baixo grau concentra elementos incompatíveis, como ETRs altamente hidrofílicos, em magmas primários alcalinos ou carbonatíticos. As intrusões resultantes são comumente alojadas em escudos continentais estáveis ou em riftes abortados.

Os minérios de ETRs não magmáticos formam-se em sistemas de alteração hidrotermal associados a discordâncias, com forte controle estrutural. Eles tendem a estar confinados por zonas de falhas nas fronteiras de bacia, com comprimentos de direção típicos de 200 a 300 metros. Localizá-los no interior de uma bacia sedimentar que se estende por dezenas de milhares de quilômetros quadrados é literalmente como procurar uma agulha em um palheiro.

Outra fonte não magmática de ETRs são os depósitos de argila por adsorção iônica (IACDs, Ion-adsorption Clay Deposits). Estes apresentam restrições diferentes, pois sua formação depende de um equilíbrio preciso entre meteorização intensa e baixa erosão. O soerguimento tectônico ou as chuvas tropicais persistentes após a formação podem eliminar completamente o depósito. Aqui, tanto o alvo de exploração quanto sua janela de preservação são pequenos.

Então, além do mapeamento rigoroso das rochas hospedeiras potenciais ou dos halos de alteração férteis, quais métodos de exploração são viáveis? Os tipos de minério mais comuns tendem a apresentar uma assinatura geoquímica ou geofísica bem conhecida. Esse não é necessariamente o caso dos ETRs, mas o ambiente imediatamente ao seu redor apresenta assinaturas indiretas que podem ser exploradas.

Em termos de métodos geoquímicos comuns, a fluorescência de raios X (XRF) portátil de campo não é confiável para ETRs devido à interferência espectral entre as linhas de emissão de elementos de terras raras e de metais de transição comuns. A digestão ácida convencional muitas vezes é insuficiente para dissolver minerais refratários de ETRs, sendo necessárias técnicas de fusão mais caras. Outra técnica não intrusiva, com maior sucesso na detecção em conjunto com a exploração geofísica, é a análise hiperespectral (espectroscopia de imageamento). Ela pode ser realizada em diversas escalas, desde a detecção por satélites (EnMAP e PRISMA) até varredura por drones, além da análise direta de testemunhos de sondagem e de seções delgadas.

Em essência, existem vários métodos que possibilitam encontrar novas fontes para o fornecimento global de ETRs. Então, por que isso ainda é motivo de tanta preocupação e controvérsia? Vamos discutir a parte da economia.

Teor alto não significa nada se a mineralogia estiver errada. Na exploração de cobre ou ouro, uma anomalia de teor alto associada a poucas espécies de sulfeto representa metade do caminho. Em comparação, os ETRs podem ocorrer como substituintes em mais de 200 minerais diferentes; quando estão retidos na rede cristalina de silicatos refratários, como a eudialita ou a zirconita, o extenso pré-tratamento, a energia e o ácido necessários para extraí-los podem tornar um depósito aparentemente promissor totalmente inviável do ponto de vista econômico. Assim, apenas um pequeno número de minerais, principalmente a bastnasita, a monazita e a xenotima, pode ser processado a um custo viável, mas eles apresentam outro problema. Todos eles podem ser altamente radioativos devido a impurezas de tório e urânio estruturalmente retidas; assim, os processos de extração e a separação dos resíduos actinídeos constituem outro desafio metalúrgico.

Apenas alguns minerais, incluindo a bastnasita, mostrada na imagem, podem ser processados a um custo viável, mas apresentam um desafio diferente — podem ser altamente radioativos.
Fonte: Shutterstock

Os IACDs são alvos atraentes porque os ETRs podem, teoricamente, ser liberados com uma simples lixiviação por sulfato de amônio, caso o metal de terras raras esteja na superfície da argila, em vez de estar retido na estrutura cristalina insolúvel do mineral. No entanto, determinar se uma anomalia hospedada em argila é de fato iônica requer testes laboratoriais caros que estão indisponíveis em campo. Muitas anomalias promissoras acabam se revelando becos sem saída do ponto de vista metalúrgico.

O desafio das terras raras não está na localização desses elementos. É encontrá-los em uma forma que possa ser extraída economicamente.

Dra. Janina Elliott

Outro fator de diferenciação dos ETRs é que eles podem ser subdivididos em ETRs leves e pesados (ETRLs e ETRPs), com base em sua massa e número atômicos. Os ETRLs são geologicamente mais abundantes, enquanto os ETRPs apresentam uma baixa abundância natural de fato e enfrentam déficits estruturais de oferta mais graves, que estão no cerne de algumas das preocupações geopolíticas observadas atualmente. Os depósitos de ETRPs conhecidos e atualmente explorados estão altamente concentrados em regiões como o sul da China (*49%) e Mianmar (% desconhecido), o que confere a essas economias uma posição monopolista. No entanto, essa não é a única razão pela qual a China, em particular, detém tal poder sobre o setor de ETRs e controla até **94% do mercado.

Vejamos o Brasil como exemplo de um país rico em ETRs, como cério e neodímio (atualmente em produção), bem como em recursos ainda não explorados que representam cerca de *23% da oferta global. Dessa forma, até o momento, o Brasil ocupa a segunda posição, atrás apenas da China. No entanto, a falta de recursos no mercado intermediário leva à terceirização do refino de mineral para polos consolidados, como a China, o que acrescenta outra camada de complexidade.

Se o mundo quiser construir um mercado de ETRs mais diversificado, será necessário não apenas encontrar novos depósitos economicamente viáveis, mas também construir a infraestrutura necessária para uma cadeia de suprimentos verticalmente integrada, além de produzir e comercializar a um preço competitivo. Alcançar uma economia de escala compatível com os padrões atuais será difícil por muitos anos. Embora preços mínimos e políticas governamentais favoráveis à independência do fornecimento possam ajudar nessas questões, essa interação afeta os preços spot de commodities e atua como uma faca de dois gumes no livre mercado, o que é um tópico interessante para outro momento.

Avanços na extração ativa de salmoura

Uma área que pode se tornar economicamente mais viável no futuro é a extração de terras raras a partir de salmouras. Fluidos geotérmicos, águas produzidas em campos petrolíferos e outras salmouras subterrâneas podem conter elementos de terras raras dissolvidos, criando a possibilidade de recuperar minerais críticos juntamente com as operações de energia já existentes. Ao contrário dos depósitos convencionais de rocha dura, esses recursos estão contidos em sistemas fluidos que, em alguns casos, já estão sendo produzidos e gerenciados.

Embora a extração direta de lítio a partir de salmouras já tenha alcançado a implantação comercial, a recuperação de terras raras permanece, em grande parte, na fase de pesquisa e de projetos-piloto atualmente conduzidos nos EUA, na Alemanha, na Islândia e em outros países. As tecnologias aqui testadas consideram a remoção de ETRs como um subproduto secundário, seja por meio de eletromigração e separação eletro-hidrodinâmica, seja por meio de resinas avançadas com impressão iônica (MRT). A primeira aplica um campo elétrico perpendicular a um fluxo de uma corrente de salmoura para forçar a migração lateral de íons de ETRs com base em sua relação carga/massa. A vantagem dessa técnica é permitir a eliminação completa da filtração física, eliminando, assim, a perda parasita de bombeamento e evitando a obstrução causada por incrustação de sílica. Em comparação, a tecnologia MRT emprega ligantes macrocíclicos ancorados em suportes de sílica (resina adsorvente) que mimetizam a envoltória de hidratação exata e o raio iônico de lantanídeos específicos, ligando-se seletivamente aos ETRs e excluindo os sais presentes na matriz.

A viabilidade econômica ainda está sendo comprovada devido a preocupações não resolvidas relacionadas à competição pela ligação em salmouras ricas em sais, que pode saturar prematuramente os adsorventes; à formação de incrustações de sílica após a extração de lítio; e às restrições à reinjeção devido à obstrução dos poços por aditivos, o que pode levar à contaminação de aquíferos profundos.

Ainda assim, sistemas geotérmicos e grandes campos geotérmicos, como o Salton Sea, podem representar uma convergência promissora entre a produção de energia limpa e o fornecimento de minerais críticos no futuro. À medida que a exploração de energia geotérmica se expande, a mesma compreensão da subsuperfície utilizada para mapear sistemas de fluidos portadores de calor também poderá ajudar a avaliar seu potencial como fontes secundárias de minerais críticos.

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Campos geotérmicos como o Salton Sea, mostrado na imagem, oferecem um vislumbre de um futuro promissor, em que a produção de energia limpa e o fornecimento de minerais críticos convergem.
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Em conclusão, o problema do fornecimento de ETRs não está relacionado à sua escassez. Os elementos estão presentes. O que é raro é a capacidade integrada de localizar depósitos de forma confiável, caracterizá-los com precisão e extrair seu valor de maneira economicamente viável e com impacto ambiental mínimo, devido à sua assinatura química única. A adoção de uma mineração direcionada é um passo crucial rumo à aceitação pública. O setor já está avançando no desenvolvimento de novos processos de extração com menor pegada, mas isso não atende à demanda atual nem resolve a questão da exploração de depósitos de rocha dura. Nesse cenário, é fundamental o avanço dos métodos de varredura geofísica e geoquímica, da escala regional à escala de grãos, combinado com uma abordagem holística de integração de dados. Os dados de saída de levantamentos direcionados e métodos de exploração multianalíticos precisam ser combinados em um ambiente computacional em nuvem que permita que grandes volumes de dados sejam selecionados e analisados de forma metódica e rápida. Somente então, o tempo entre a exploração e a produção poderá ser reduzido a ponto de permitir que um mercado global de ETRs mais competitivo comece a se desenvolver ainda nesta década.

Notas de rodapé

* https://www.statista.com/chart/33754/countries-with-the-largest-known-rare-earths-reserves/

** https://pubs.usgs.gov/publication/ofr20261018/full