Friday, 03 de December de 2021

Entenda sobre nióbio e suas principais aplicações tecnológicas para uso em diferentes produtos de indústrias diversificadas.

nióbio

O Nióbio foi descoberto em 1801 pelo químico inglês, Charles Hatchett. Inicialmente era denominado columbium (Cb), sendo o nome dado em homenagem à América, de onde surgiu o mineral1-2. Aqui você vai conhecer como é feito o processamento deste elemento e suas principais aplicações e tecnologias para indústrias diversificadas.

O nome columbium foi aceito durante muitos anos pela indústria metalúrgica e quíca nos EUA. Somente 149 anos após a descoberta de Hatchett, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) adotou o nióbio como nome oficial.

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Cada vez mais essencial à tecnologia e requisitado no mercado por ser altamente resistente às altas temperaturas e à corrosão, o nióbio é o ele­mento metálico de mais baixa con­cen­tração na crosta ter­restre, sendo encontrado na natureza a uma pro­porção de 24 partes por mil­hão. 

Segundo a Agência Nacional de Mineração (ANM), o Brasil detém 98% dos depósitos de nióbio em operação no mundo, seguido por Canadá e Austrália – dominando 82% do mercado global. Os dados divulgados pela ANM também mostraram que as reservas brasileiras somam cerca de 842,4 milhões de toneladas.

Desse total das reservas deste elemento, 75% está concentrado na cidade de Araxá, em Minas Gerais; 21% se encontra em depósitos não comerciais na Amazônia e os outros 4% estão em Catalão, no estado de Goiás. O nióbio brasileiro é extremamente cobiçado pelo mercado exterior.

Veja vídeo sobre o metal do futuro – o nióbio. O Brasil é o maior produtor no mundo.

Quando surgiu a exploração do nióbio no Brasil

Quase todo nióbio do mundo está no Brasil. O país possui a maior parte deste elemento disponível no planeta e contribui em grande parte da demanda mundial. 

Em 1965, o governo permitiu que a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), em parceria com o governo americano, explorasse as reservas disponíveis no país, minerando o nióbio encontrado no solo brasileiro, pois nesta época, o nióbio não tinha sua utilização comprovada. 

Nos anos seguintes, a CBMM foi adquirindo de volta a parte que cabia aos americanos, passando novamente a ser a controladora mundial da comercialização do nióbio.

Saiba como é composto o nióbio e onde ele pode ser encontrado pelo mundo.

O Nióbio ocorre principalmente como um óxido e tem uma forte coerência geoquímica com o tântalo. 

Os principais minerais de nióbio são pirocloro [(Na, Ca) 2Nb2O6F] e columbita [(Fe, Mn) (Nb, Ta) 2O6], composto por niobato, tantalato, ferro e manganês. 

O pirocloro ocorre geralmente em carbonatitos e pegmatitos derivados de rochas alcalinas, comumente em associação com zircônio, titânio, tório, urânio e minerais de terras raras. 

A columbita é normalmente encontrada em pegmatita intrusiva e biotita e em granitos alcalinos. No entanto, uma vez que a maioria desses depósitos é pequena e mal distribuída, eles geralmente são extraídos como subproduto de outros metais.

Existem grandes minas de pirocloro no Brasil em Minas Gerais e Goiás, além de minas no Canadá em Quebec. Grandes depósitos de columbita são encontrados na Nigéria e no Congo (Kinshasa), bem como os concentrados de columbita são obtidos como subprodutos da mineração de estanho na Nigéria.

Imagem: Características, aplicações e onde é encontrado o nióbio. Fonte: G1
Imagem: Características, aplicações e onde é encontrado o nióbio. Fonte: G1

As principais aplicações e tecnologias de uso do nióbio

O nióbio foi aplicado pela primeira vez na indústria em 1933, para estabilizar os aços inoxidáveis ​​contra a corrosão intergranular.

No início dos anos 1960, pesquisas mostraram que o nióbio continha propriedades que promovem melhorias na resistência do aço.

Já por volta de 1970, ele passou a ser utilizado para diversas aplicações na forma de superligas por resistir ao calor a altas temperaturas. Nas última 4 décadas, ele tem sido fortemente usado por diversas indústrias.

O Nióbio é o metal refratário mais leve que existe

Ele é tão poderoso que se você jogar apenas 100 gramas dele no meio de uma tonelada de aço, a liga torna-se muito mais forte e maleável. Por isto, o nióbio é utilizado em diversas áreas e produtos, produzindo aços bastantes resistentes, que são utilizados em tubos de gasodutos, motores de aeroplanos, propulsão de foguetes e em outros chamados supercondutores. 

Veja o vídeo da primeira bateria do mundo de nióbio desenvolvida no Brasil.

No setor de energia, o nióbio é utilizado nas ligas de aço HSLA, utilizado principalmente para transporte de gás natural a longas distâncias e alta pressão.

Na indústria do petróleo, a demanda de aço HSLA para plataformas de perfuração offshore é maior, devido a necessidade de desempenho mais rigoroso do aço de acordo às condições mais adversas em poços cada vez mais profundos.

Na área médica, o uso deste elemento está crescendo e evoluindo, sendo utilizado especialmente em ressonância magnética de imagem (RM). Outro uso comum é como um elemento de implantes ortopédicos pela adição de outros metais biocompatíveis.

O nióbio também é utilizado em dispositivos médicos, como o marca-passo, devido às propriedades de suas ligas metálicas serem fisiologicamente inertes e com características hipoalergênicas. Por essa razão, ele é utilizado na fabricação de joias.

Por fim, no campo da eletrônica e nanotecnologia, o nióbio e tântalo são usados ​​na indústria como materiais nanoestruturados, devido à sua característica de alta pureza. 

A tendência do aprimoramento da computação quântica contribui muito para o uso do nióbio para este segmento industrial.

A computação quântica, como átomos e moléculas, não segue as leis da física e pode processar vários dados simultaneamente, com capacidade ilimitada, e isso é possível com a aplicação da nanotecnologia, e consequentemente, da necessidade das propriedades que o nióbio pode oferecer.

Empresas que atuam na exploração do nióbio

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Imagem: Quase todo nióbio do mundo está no Brasil. Fonte: Super Interessante.

A CBMM não vende o minério bruto, e sim uma liga de ferronióbio, composto por 2/3 de nióbio e 1/3 de ferro. A empresa tem 1.800 funcionários e lucra R$ 1,7 bilhão por ano.

O desenvolvimento da tecnologia deste elemento faz parte da história de surgimento da CBMM. A atuação da empresa começou nos anos 1950, em Araxá, Minas Gerais, onde está localizado o seu parque industrial. Desde o início, o trabalho da CBMM está ligado ao desenvolvimento desta tecnologia do Nióbio no Brasil e a construção e ampliação deste mercado

Veja o vídeo da CBMM.

A Companhia de Desenvolvimento Econômico de Minas Gerais (Codemig) em parceria com a CBMM também participa da exploração deste elemento. A Codemig e a CBMM são sócias na Companhia Mineradora do Pirocloro de Araxá (Comipa), que lavra o minério das minas do Barreiro, no município mineiro de Araxá.

Entenda as etapas de processamento do nióbio no Brasil

A instalação de Araxá usa uma operação de beneficiamento e processamento de 15 estágios. 

O processo começa com a extração do minério do solo. Suas fontes primárias são depósitos de um minério chamado pirocloro. 

O minério extraído da mina da CBMM contém apenas 2,3% de nióbio, que é considerado baixo, mas é maior do que na maioria das reservas. A fração restante consiste em diferentes formas de minério de ferro, óxido de bário e fosfato, além de elementos como enxofre e silício.

A mina de Araxá consiste em uma operação a céu aberto escavada, onde não requer a escavação de túneis ou o uso de explosivos. Minera ou vai para unidade de beneficiamento onde passa por um processo de concentração para aumentar o teor de nióbio para 50%; que é conseguido removendo elementos químicos indesejáveis que estão presentes no pirocloro. 

Os rejeitos que são gerados na etapa de beneficiamento são armazenados em bacias de rejeitos revestidas com plástico de alta resistência para mitigar o risco de contaminação do solo. 

As barragens de rejeitos foram construídas usando o método de levantamento a jusante, onde um aterro da barragem é levantado na direção do fluxo de água. Este método é um dos mais seguros, no qual cada aumento no aterro é colocado no topo da represa de rejeitos existente. 

As barragens rompidas de propriedade da Vale em Brumadinho e da Samarco em Mariana (ambas no estado de Minas Gerais) usaram o método de levantamento rio acima, que agora está proibido no Brasil.

O concentrado de pirocloro, ou pentóxido de nióbio (Nb2O₅), é posteriormente refinado e purificado para produzir um composto a partir do qual uma variedade de produtos deste elemento são então produzidos.

Além da CBMM, a Anglo American Brasil também explora nióbio no país no estado de Goiás. Há também nióbio na Amazônia, mas ele ainda não começou a ser minerado, pois a quantidade existente de nióbio em Minas Gerais e Goiás é suficiente para abastecer toda a demanda mundial pelos próximos 200 anos. 

Além do Brasil, há reservas de nióbio no Canadá, na Rússia, na Groenlândia, em Angola e no Malaui.

Principais formas de comercialização do nióbio

A CBMM, ao contrário de outros metais, como o ferro, não comercializa o nióbio como mineral ou concentrado. 

A empresa vende este elemento em forma de produtos, principalmente, na forma de ferronióbio, que é a mistura do nióbio com outros metais. 

O aço que leva ferronióbio é utilizado em diversas aplicações, como para produzir automóveis, pontes e navios. O alumínio, somado ao ferronióbio, garantem maior segurança, leveza, performance e eficiência ao produto. Além disso, o nióbio ajuda a resolver complexos desafios de engenharia, possibilitando economia e eficiência de materiais.

Óxidos de nióbio (em forma de pó)

Os óxidos de nióbio são utilizados, principalmente, na fabricação de ligas especiais, como lentes ópticas, baterias e catalisadores.

Ligas de grau vácuo (liga metálica com nióbio)

As ligas de grau vácuo (ferronióbio grau vácuo e níquel-nióbio grau vácuo) são comumente aplicadas para a fabricação de motores de aeronaves e turbinas terrestres de geração de energia elétrica.

Nióbio metálico (metal com grande concentração de nióbio)

O nióbio metálico é utilizado na indústria química em função do seu poder de possibilitar maior resistência à corrosão.

Histórico de impactos ambientais, vantagens e desvantagens do nióbio

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Imagem: Mina de nióbio de Araxá, a maior do mundo. Fonte: Fapesp

O Brasil é o maior produtor deste elemento, contudo, para atender a demanda crescente mundial por esse recurso, implica na extração de grandes quantidades de nióbio em um curto espaço de tempo, o que gera impactos socioambientais de alta significância. 

Em 1982, houve um vazamento em uma das barragens da CBMM, denominada “Barragem B4”, que recebia efluentes do beneficiamento do minério de nióbio.

Devido à má vedação da barragem, os rejeitos se infiltraram no solo, contaminando com Urânio, e principalmente cloreto de bário, fontes de água superficiais e água subterrâneas.

Conforme a legislação brasileira, o valor máximo de bário que pode estar presente nas águas para consumo humano é de 1,0 mg/L, entretanto, na época da contaminação, um dos resultados do monitoramento químico realizado na área demonstraram valores na ordem de até 37,3 mg/L de Bário. A substância pode causar sérios problemas de saúde se ingerida.

Estudos revelaram que o nióbio e seus compostos podem ser tóxicos (o pó de nióbio causa irritação nos olhos e na pele), mas não houve relatos de que seres humanos foram envenenados por ele. Além de medir sua concentração, nenhuma pesquisa sobre nióbio em humanos foi realizada.

O nióbio, quando inalado, é retido principalmente nos pulmões e, secundariamente, nos ossos. 

Ele reage com o cálcio como um ativador dos sistemas enzimáticos. Em testes realizados em animais de laboratório, a inalação de nitreto de nióbio e / ou pentóxido causa cicatrizes nos pulmões em níveis de exposição de 40 mg / m3.

Em Goiás, alguns problemas em torno da produção deste elemento também foram denunciados. 

A lista de problemas inclui a diminuição no fluxo das águas de córregos e nascentes, a degradação do ar, a poluição sonora e rachaduras nas paredes das casas do entorno próximo da vizinhança, resultantes das explosões na mina Boa Vista.

Ainda, alguns idosos do local relataram problemas respiratórios, que eles acreditavam ser agravados por partículas no ar provenientes da mineração.

Por fim, uma das maiores vantagens do Nióbio em relação aos seus substitutos é que ele possui maior resistência. Já a desvantagem é que o nióbio geralmente é mais caro.

Luciana Ramalhao
Arquiteta e Urbanista e Mestre em Planejamento e Desenvolvimento Urbano Regional. Conhece inúmeros projetos distribuídos em quase 20 países pelos quais já visitou. Além da construção civil, atua como pesquisadora científica e copywriter.