Mitos e mal-entendidos rondam esse metal, do qual o Brasil é, de longe, o maior produtor global
Amostras de ferronióbio: liga metálica confere maior resistência ao aço
Léo Ramos Chaves
Até há bem pouco tempo desconhecido da maioria dos brasileiros, o nióbio, um metal maleável, brilhante e versátil, frequentou o noticiário e motivou discussões durante a última campanha eleitoral. Mensagens veiculadas nas redes sociais alertavam que as reservas brasileiras do minério, as maiores do planeta, estariam sendo dilapidadas por meio de contrabando ou da venda a preços irrisórios no mercado internacional. O então deputado federal e hoje presidente Jair Bolsonaro, um entusiasta da multifuncionalidade do metal, participou do debate. Em vídeo de 20 minutos, enalteceu as virtudes do nióbio, usado como elemento de liga em aços e em aplicações de alta tecnologia, como baterias de carros elétricos, lentes ópticas, aceleradores de partículas, implantes ortopédicos e turbinas aeronáuticas.
A gravação foi feita em 2016, na maior jazida em operação de nióbio do mundo, localizada nos arredores da cidade de Araxá, a 360 quilômetros de Belo Horizonte (MG). Inaugurada em 1955, ela é operada pela Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), empresa controlada pela família Moreira Salles, uma das acionistas do Itaú Unibanco. Em 2011, a mineradora vendeu 15% do negócio a um grupo de fabricantes de aços chinês e outros 15% a um consórcio nipo-sul-coreano, também com atividade no setor siderúrgico.
O Brasil detém cerca de 98% dos depósitos de nióbio em operação no mundo, seguido por Canadá e Austrália. Levantamento feito pelo Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), extinto no fim de 2018 para dar lugar à Agência Nacional de Mineração (ANM), indica que as reservas brasileiras somam 842,4 milhões de toneladas. Araxá concentra 75% do total, enquanto 21% estão em depósitos não comerciais na Amazônia e 4% localizam-se em Catalão (GO). A jazida goiana é explorada pela chinesa CMOC International Brasil, subsidiária da mineradora China Molybdenum. Juntas, as duas minas brasileiras respondem por 82% do nióbio vendido no mundo, em torno de 120 mil toneladas (t) por ano – a CBMM produz 90 mil t e a CMOC em torno de 9 mil t.
Etapa de metalurgia, fase final de produção do ferronióbio Léo Ramos Chaves
“Nossas reservas tornam o Brasil estratégico para o fornecimento desse produto ao mercado mundial”, destaca o geólogo Marcelo Ribeiro Tunes, diretor do Instituto Brasileiro de Mineração (Ibram), entidade que atua como porta-voz do setor mineral. “A crítica de que vendemos essa riqueza a valores módicos é improcedente. O preço dos produtos de nióbio, entre US$ 40 e US$ 50 o quilograma, reage de acordo com o mercado. Se o preço aumentar de forma irracional e especulativa, os clientes buscarão outras opções.” Para efeito de comparação, a tonelada de minério de ferro vale US$ 90 (ou US$ 0,09 o quilo) e 1 onça de ouro (31,1 gramas) é negociada por US$ 1,3 mil – 1 quilo do metal custa US$ 41,8 mil, cerca de mil vezes o valor do nióbio.
Para Marcos Stuart, diretor de Tecnologia da CBMM, muitos boatos relacionados ao nióbio circulam na sociedade. “Embora seja um minério abundante no Brasil, ele não é raro no mundo. Existem por volta de 85 depósitos conhecidos, a maior parte não explorada comercialmente”, explica, negando que o produto seja contrabandeado a partir do Brasil. “A CBMM criou o mercado de nióbio a partir da descoberta da mina em Araxá. Antes, pouco se sabia sobre esse elemento e seus benefícios nos segmentos em que é aplicado.”
Stuart explica, ainda, que a multinacional não vende o minério bruto, apenas produtos feitos a partir dele. O mais comum é o ferronióbio (FeNb), liga metálica composta por 65% de nióbio e 35% de ferro destinada ao setor siderúrgico. “O maior concorrente do nióbio são os aços feitos sem nióbio”, diz Stuart. Outros metais, como molibdênio e vanádio, também são usados como aditivos ao aço, mas sem os mesmos resultados.
Resistência do aço
A adição de teores mínimos de ferronióbio, da ordem de 0,05%, torna o aço mecanicamente mais resistente, sem reduzir sua tenacidade, que é a capacidade de se deformar plasticamente sem sofrer ruptura. Conhecidos como microligados, esses aços são usados na fabricação de dutos para óleo e gás, automóveis, navios, pontes e viadutos. Apenas 8% do aço produzido no mundo têm nióbio em sua composição, o que aponta para uma ampla margem de crescimento do mercado.
“Por ser mais resistente, a chapa de aço fabricada com ferronióbio pode ser mais fina do que a convencional. Na indústria automotiva, as carrocerias dos carros ficam mais leves sem perder a resistência. A redução do peso melhora a eficiência de veículos à combustão e elétricos”, conta Stuart. Em oleodutos e gasodutos, aplicação mais tradicional, o nióbio impede a propagação de trincas e, ao mesmo tempo, permite a construção de estruturas mais delgadas. “A espessura das paredes pode ser reduzida para 20 milímetros (mm), metade da medida de tubulações fabricadas sem ferronióbio”, explica.
Cerca de 90% do nióbio produzido é transformado em ferronióbio – os 10% restantes dividem-se entre produtos direcionados a aplicações especiais. Os óxidos de nióbio são empregados na fabricação de lentes de câmeras fotográficas, baterias de veículos elétricos e lentes para telescópios. Resistentes ao calor, as ligas de nióbio de grau vácuo, com elevado nível de pureza, são matéria-prima para turbinas aeronáuticas, motores de foguetes e turbinas terrestres de geração elétrica. Já o nióbio metálico destina-se à produção de fios supercondutores que equipam tomógrafos, aparelhos de ressonância magnética e aceleradores de partículas. Produzido na forma de lingotes – cilindros maciços compostos por 99% do metal –, o nióbio metálico tem propriedade supercondutora e elevada resistência à corrosão.
Lingotes de nióbio metálico da Escola de Engenharia de Lorena da USP Léo Ramos Chaves
A CBMM é a única empresa do mundo que fornece todos os produtos de nióbio. “Desde o início, ela investiu pesado no processo de fabricação do ferronióbio e de outros produtos feitos com o metal”, afirma o engenheiro metalurgista Fernando Gomes Landgraf, professor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP). O processo de beneficiamento e industrialização do nióbio em Araxá ocorre em 15 etapas. Tudo começa com sua extração da natureza. As principais fontes de nióbio são jazidas de um minério chamado pirocloro. A mina da CBMM tem apenas 2,3% de nióbio, percentual pequeno, mas superior ao da maioria das reservas do mundo. A fração restante é composta por minério de ferro em diferentes formas, óxido de bário e fosfato, além de elementos como enxofre, silício, entre outros.
Feita a céu aberto, a mineração em Araxá não perfura túneis nem usa explosivos – é realizada por escavação. O minério extraído é levado até a unidade de beneficiamento, onde sofre um processo de concentração para elevar o teor de nióbio para 50% – isso ocorre retirando elementos químicos indesejados presentes no pirocloro. Em seguida, o pirocloro concentrado – ou pentóxido de nióbio (Nb2O5) – é refinado e purificado, resultando em um composto que dará origem aos vários produtos de nióbio.
Os resíduos gerados no beneficiamento do minério são armazenados em barragens com o fundo revestido por um plástico de alta resistência, o que reduz o risco de contaminação do solo. Os reservatórios de rejeitos foram construídos conforme o método a jusante, em que a elevação do dique inicial é feita na direção do fluxo da água. Trata-se de uma técnica mais segura do que o alteamento a montante, no qual os novos diques são construídos sobre os próprios rejeitos. As barragens das mineradoras Vale em Brumadinho (MG) e Samarco em Mariana (MG), que sofreram rompimentos, adotavam essa tecnologia, agora vetada no país.
Considerando o consumo atual, a jazida de Araxá pode atender a demanda mundial por 200 anos. O virtual monopólio brasileiro do metal se traduz em vantagens óbvias – o minério é importante fonte de riqueza e o terceiro mais exportado –, mas, ao mesmo tempo, traz desvantagens. Para o físico Rogério Cezar Cerqueira Leite, professor emérito da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), a posição de destaque do Brasil nesse setor é um obstáculo para um uso em maior escala do metal. “Nenhum país ou empresa aceita uma dependência exagerada em relação a um único fornecedor. Além disso, para cada aplicação de nióbio, há um sucedâneo, inclusive o próprio nióbio de outros países, que, embora proveniente de minérios mais recalcitrantes e, portanto, de aproveitamento mais dispendioso, já são operacionais”, afirma.
Cerqueira Leite destaca ainda o restrito mercado do metal como entrave ao aumento de seu consumo. “O nióbio tem inúmeras aplicações, mas, infelizmente, para qualquer uma delas a demanda é muito limitada”, diz o pesquisador, um dos autores do livro Nióbio, uma conquista nacional (Duas Cidades, 1988). “Em suma, não há riqueza se não há mercado. O nióbio talvez seja o exemplo clássico dessa contingência. O ouro tem o preço alto porque há demanda.”
Inovação aberta
Outro fator que inibe a demanda internacional por nióbio é o desinteresse de outras nações em investir em pesquisas para descobrir novas aplicações para um ativo cuja exploração está concentrada praticamente em solo brasileiro. Procurando contornar essa situação, a CBMM estabeleceu uma política agressiva de pesquisa e desenvolvimento (P&D) baseada em inovação aberta. A empresa investe R$ 150 milhões por ano na atividade, o que equivale a 3% do faturamento, de R$ 4,8 bilhões em 2017.
Nos laboratórios do Centro de Tecnologia de Araxá, composto por 122 técnicos e pesquisadores, o foco do trabalho é a melhoria dos processos produtivos e o desenvolvimento dos produtos de nióbio. Com parceiros externos, as pesquisas são centradas em novas aplicações do metal. “A empresa investe na comunidade científica brasileira, com projetos em dezenas de universidades e centros de pesquisa. Ao mesmo tempo, apoia grupos no exterior com competência em temas de interesse relacionados ao nióbio”, informa Landgraf, da Poli-USP.
No âmbito internacional, são parceiros da mineradora as universidades de Tóquio e Okayama, no Japão; Cambridge e Sheffield, na Inglaterra; Colorado School of Mines, nos Estados Unidos; entre outros. No país, a CBMM financia estudos na USP, nas universidades federais de Minas Gerais (UFMG), São Carlos (UFSCar), Viçosa (UFV) e Ouro Preto (Ufop), no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), em São Paulo, e no Centro de Inovação e Tecnologia do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (CIT-Senai), de Belo Horizonte.
Há parcerias também com usuários finais dos produtos. Uma das mais recentes foi firmada com a japonesa Toshiba no ano passado. Seu objetivo é aumentar a demanda por óxidos de nióbio, usados na fabricação de baterias de carros elétricos. A CBMM vai investir US$ 7,2 milhões na construção de uma unidade-piloto de baterias em Kashiwazaki, no Japão, junto a uma fábrica da Toshiba. Nela será desenvolvida uma nova geração de baterias contendo anodos de óxidos mistos de nióbio e titânio. Segundo Stuart, a incorporação de nióbio torna as baterias mais duráveis, seguras e com menor tempo de recarga.
No Brasil, entre os projetos já apoiados, destacam-se o desenvolvimento de aços para tubulações on shore (em terra), em conjunto com a Petrobras, e de aços para dutos de óleo e gás que trabalham em ambientes mais agressivos, quanto às condições de corrosão, com a USP. Um trabalho em andamento é de um caminhão basculante em operação em Araxá. Sua caçamba foi redesenhada, em parceria com uma fabricante nacional, e incorporou aços microligados de nióbio. O resultado foi uma redução de 1,5 tonelada em seu peso, o que elevou a capacidade de transporte de minério.
Mina de Araxá (MG): a maior em operação no mundoLéo Ramos Chaves
Outra colaboração, envolvendo o IPT e a Associação de Assistência à Criança Deficiente (AACD), de São Paulo, tem como foco a criação de próteses ortopédicas feitas com ligas de nióbio-titânio e titânio-nióbio-zircônio por manufatura aditiva (impressão 3D). Biocompatíveis, essas ligas podem exibir elevada resistência mecânica e alta elasticidade. Implantes ortopédicos muito rígidos podem levar à perda do osso implantado. O uso de ligas de nióbio-titânio pode reduzir esse problema. Iniciado em 2016 e com duração prevista de 42 meses, o projeto conta com recursos de R$ 8,2 milhões, financiados pelo governo paulista, CBMM, Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial (Embrapii) e FAPESP, no âmbito do Programa de Apoio à Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica (Pite).
O minério em números
98% das reservas de nióbio em operação estão no Brasil
842,4 milhõesde toneladas é a somatória dos depósitos nacionais
8% do aço fabricado no planeta leva ferronióbio
A CBMM pode atender a demanda mundial por 200 anos, considerando o mercado atual
120 mil toneladas é a produção anual do metal no mundo
O país domina 82% do mercado global
Projeto nióbio
Um parceiro de longa data da CBMM é a Escola de Engenharia de Lorena (EEL) da USP. A faculdade foi sede do Projeto Nióbio, iniciativa multi-institucional criada em 1978 com a finalidade de desenvolver uma rota tecnológica para produzir nióbio metálico de alta pureza. O projeto envolvia também estudos voltados às diversas fases do processamento e das aplicações do metal e suas ligas, com especial atenção à supercondutividade metálica.
Técnicos do laboratório de controle de qualidade do Centro de Tecnologia da CBMMLéo Ramos Chaves
“Fomos o centro de pesquisa pioneiro na produção de nióbio de alta pureza em escala piloto no país”, recorda-se o engenheiro químico Hugo Ricardo Zschommler Sandim, professor da EEL-USP. “A CBMM fornecia o pentóxido de nióbio e recebia de volta lingotes de alta pureza. O Projeto Nióbio agregou valor ao metal e permitiu a verticalização de sua produção junto à parceira comercial do projeto.” Essa colaboração durou cerca de 10 anos até que a mineradora julgou que a tecnologia estava consolidada e decidiu implantar a produção de nióbio metálico em Araxá.
Os pesquisadores de Lorena continuam fazendo pesquisa básica e aplicada voltada ao nióbio. “Nosso foco sempre esteve nos materiais com alto teor de nióbio, como superligas à base de níquel e ligas para aplicações em altas temperaturas. Já fornecemos amostras de nióbio metálico para mais de 200 instituições de pesquisa no Brasil e no exterior”, conta o engenheiro metalurgista Carlos Angelo Nunes, professor da EEL-USP. “O nióbio é um metal com propriedades excepcionais, mas não corresponde ao que é divulgado de forma equivocada em boa parte da mídia.”
Projeto
Obtenção de próteses ortopédicas de ligas Nb-Ti e Ti-Nb-Zr por fusão seletiva a laser (nº 16/50199-6); Modalidade Parceria para Inovação Tecnológica (Pite); Convênio CBMM; Pesquisador responsável Fernando José Gomes Landgraf (IPT); Investimento R$ 1.666.137,08.
Revista FAPESP
Revista FAPESP
