Mineração urbana e soluções tecnológicas para a recuperação de elementos de terras raras de ímãs permanentes

Abstract

Os ímãs de NdFeB possuem uma alta concentração de elementos de terras raras (ETR), e são considerados materiais estratégicos para a economia mundial, devido à transição global para uma infraestrutura de baixo carbono. Diante disso, esforços globais estão sendo feitos em vários países, para lidar com o monopólio chinês de Terras Raras (cerca de 90% da produção mundial). Além de apoio a projetos acadêmicos, a iniciativa brasileira construiu um Laboratório Fábrica de Ímãs de Terras Raras (LabFabITR) em Lagoa Santa, Minas Gerais, com objetivo de desenvolver ímãs em escala piloto. Porém, essa iniciativa enfrenta ainda obstáculos para implementação da cadeia produtiva de ímãs de NdFeB, apesar de o Brasil ter reservas minerais equivalentes às da China. Assim, o escopo desta pesquisa é procurar soluções de engenharia, passíveis de serem aplicadas ao processo tecnológico de recuperação de ímãs de NdFeB pós-consumo, identificando também as principais fontes de mineração urbana no Brasil. Este estudo considera a capacidade técnica e consequências ambientais para o desenvolvimento da cadeia produtiva de Ímãs de Terras Raras no Brasil, visando apoiar o processo decisório junto ao LabFabITR. Estudos recentes revelam que já foram produzidas mais de 300.000 toneladas de ímãs de NdFeB, com a possibilidade de recuperar anualmente entre 3.300 e 6.600 toneladas de ETR de ímãs pós-consumo. As fontes de ETR pré e pós-consumo devem ser geridas para promover a economia circular desses materiais. Porém, a literatura acerca das soluções tecnológicas aplicadas à recuperação de ETR em escala industrial ainda é limitada e apresenta lacunas, principalmente em consolidar volumes de ímãs pós-consumo, questões ambientais e maturidade tecnológica, que empregam a mineração urbana envolvendo atores da cadeia. Esta tese desenvolve um estudo nas soluções tecnológicas para viabilidade de recuperação de material secundário a partir de ímãs de NdFeB, composto por 32 estudos identificados e categorizados através do protocolo de revisão sistemática da literatura. A aplicação do método Technology Readiness Level (TRL), resultou na consolidação da maturidade das soluções tecnológicas nos processos hidrometalúrgicos com maturidade para escala industrial, apesar de existirem outras abordagens para recuperar materiais críticos sem utilização de ácidos tóxicos e mais ecológicos. A análise de dados do ComexStat/MDIC infere que existe um volume significativo de ímãs no Brasil, indicando potencial para recuperação. Assim, buscouse identificar as alternativas para destinação dos ímãs pós-consumo a partir de entrevistas com os atores da cadeia que fazem uso do componente ímã de NdFeB em seus produtos e as empresas recicladoras de eletroeletrônicos. Isso posto, os resultados indicaram que essas empresas não possuem procedimentos estabelecidos para destinação desses resíduos de ímãs pós-consumo, evidenciando falta de conhecimento das possibilidades de destinação, o que impacta na recuperação do potencial de material secundário. Por fim, os resultados do estudo contribuem, do ponto de vista prático, para a proposição de estratégias operacionais e pode auxiliar os gestores do LabFabITR a iniciar ações em prol da recuperação de material secundário, bem como na melhoria e adequação dos processos a realidade industrial, favorecendo a transição para um sistema de produção e consumo circular.

Abstract: The NdFeB magnets have a high concentration of rare earth elements (REE) and they are considered strategic materials for the global economy, due to the current transition to a lowcarbon infrastructure. Given this, global efforts are being made in several countries, especially in Brazil, aiming to deal with the Chinese monopoly on Rare Earth (around 90% of world production). Besides academic project support, Brazil has built a pilot plant to manufacture rare earth magnets, the Rare Earth Magnet Factory Laboratory (LabFabITR) in Lagoa Santa, Minas Gerais. However, this initiative still faces obstacles in implementing the NdFeB magnetics production chain, despite Brazil having mineral reserves equivalent to those of China. Thus, this research scope is to identify engineering solutions suitable for recovering post-consumer NdFeB magnets and identify the main sources of Urban Mining in Brazil. This study considers the technical capacity and environmental consequences for the Rare Earth Magnets production chain in Brazil, aiming to support the decision-making process with LabFabITR. Recent studies show that more than 300,000 tons of NdFeB magnets have been produced to date, and around 3,300 to 6,600 tons of REE can be recovered per year from post-consumer magnets. The two origins (pre-consumption and post-consumption) of REE must be managed to enable the circular economy of these secondary materials. However, the research on implementing technological solutions for extracting REE on a large-scale industrial level is still limited. There are significant gaps in the areas of consolidating post consumer magnet volumes, addressing environmental concerns, and achieving technological maturity that employs urban mining involving the player from the manufacturing chain. Therefore, this thesis develops a study on technological solutions for the feasibility of recovering secondary material from NdFeB magnets, consisting of 32 studies identified and categorized through the systematic literature review protocol. The application of the Technology Readiness Level (TRL) method resulted in the consolidation of the maturity of technological solutions in hydrometallurgical processes with maturity for industrial scale, even though there are other approaches to recover critical materials without the use of toxic and more environmentally friendly acids. The quantitative analysis based on the ComexStat/MDIC database reveals a significant volume of magnets distributed throughout the national territory, meaning an available volume for the recovery of secondary materials. Thus, the alternatives for the disposing of post-consumer magnets were mapped, based on interviews with actors in the chain who use the NdFeB magnet component in their products and electronics recycling companies. The results show that these companies do not have established procedures for disposing of post-consumer magnet waste, highlighting a lack of knowledge of the disposal possibilities, which affects the recovery of the secondary material. Finally, these results contribute to the proposition of operational strategies and support LabFabITR managers to initiate actions towards the recovery of secondary material and also in the improvement and adaptation of the processes to the industrial reality, enabling the transition to a circular production and consumption system.