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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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Avanços na obtenção de Didímio e de Ligas de Didímio- Ferro-Boro no IPT
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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
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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
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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
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Eletrólise
Projeto IPT-Embrapii 1/CBMM
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Limpeza dos gases
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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)
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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)
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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)
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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
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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)
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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
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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
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Diagrama de fase 8,75% at B
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Micrografias de ligas produzidas com Nd e Didímio em FIV resfriado
em coquilha de cobre refrigerada a água
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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
•
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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
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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
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LabFabITR Implantação e Operação do Laboratório-Fábrica
de Ligas e Ímãs de Terras Raras
PLANO DE NEGÓCIOS DO
PROGRAMA INOVA MINERAL
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Scale up da redução eletrolítica do Didímio na escala industrial
Enquadrado como ICT-Empresas FINEP
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Grato pela Atenção!
João Batista Ferreira Neto
Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais
IPT
11 3767 4244