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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS
DEPARTAMENTO DE MINAS E CONSTRUÇÃO CIVIL
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MINAS
NIÓBIO – UM ESTUDO SOBRE O ELEMENTO 41
ARTHUR ANTUNES FERREIRA MACHADO
MARIA VIRGÍNIA DA CUNHA
ROGÉRIO LEONARDO OLIVEIRA
SÓCRATES OLIVEIRA MELO
ARAXÁ
2015
NIÓBIO – UM ESTUDO SOBRE O ELEMENTO 41
 Trabalho apresentado ao Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais como critério de avaliação parcial na disciplina de Química Inorgânica.
	Professor: Paulo Fernando Ribeiro Ortega
ARAXÁ
2015
Resumo
O Nióbio é tido no mundo atual como um elemento de extrema importância tecnológica ao ponto de ser considerado estratégico para diversos países do primeiro mundo. A partir do seu descobrimento suas propriedades fizeram com que vários tipos de aplicações fossem identificadas tornando indispensável o desenvolvimento de tecnologias que possibilitassem sua exploração, extração e beneficiamento de seus minerais para a obtenção do metal. O objetivo deste trabalho é apresentar alguns aspectos principais sobre as principais formas de ocorrência mineral, métodos de tratamento mineral e metalúrgico para a obtenção deste precioso mineral.
Palavras-chave: Nióbio. Beneficiamento mineral. Pirometalurgia. 
Abstract
The Niobium is seen in today's world as an element of great technological importance as to be considered strategic for many first world countries. From its discovery its properties have meant that many applications were identified making it essential to develop technologies that would enable their exploration, extraction and processing of its minerals to obtain the metal. The objective of this paper is to present some key aspects of the main forms of mineral occurrence, mineral processing and metallurgical methods for obtaining this precious mineral.
Keywords: Niobium. Mineral processing. Pyrometallurgy.
INTRODUÇÃO
Atualmente, no mundo moderno e globalizado, o desenvolvimento de novas tecnologias permite que a humanidade chegue a lugares que em tempos antigos eram tidos como inalcançáveis. Recentes lançamentos de sondas espaciais, que exploram desde nossa órbita até os confins de nosso sistema solar, só se tornaram possíveis com a descoberta de elementos que conferiam propriedades específicas que possibilitasse o funcionamento dos mesmos em ambientes com variações de temperatura extrema. Lentes resistentes equipam nossos telescópios e nos permitem enxergar a distâncias que outrora eram inimagináveis. No mundo microscópico equipamentos avançados de ressonância dão aos médicos a oportunidade de “ver” através de seus pacientes permitindo a identificação de doenças em seus estágios iniciais aumentando as chances de cura. Todas essas aplicações possuem em comum um metal nobre que, ao ser aplicado em pequenas dosagens, fornecem as ligas propriedades importantes e dão origem a novos tipos de materiais que são indispensáveis a vida moderna.
Desde sua descoberta o Nióbio tem tido um importante papel no desenvolvimento de tecnologias e para isso outras inúmeras tecnologias foram desenvolvidas com o objetivo de retirar esse metal da terra e concentrá-lo de forma a aproveitar seu máximo potencial.
Como todo metal o Nióbio é retirado de fontes não renováveis e pode ser extraído de dois minerais principais que são encontrados na natureza. A Columbita e o Pirocloro. As formas de extração variam de acordo com as características do depósito que também interfere no modo de se tratar o minério para a obtenção do metal.
Diante de todas suas características e levando em conta sua raridade na crosta, o Nb se torna um elemento importante na economia mundial e principalmente na brasileira já que o país detém maioria absoluta do mercado.
Este trabalho tem como objetivo fazer uma revisão sobre o elemento químico em si, começando pelas formas de ocorrência e extração passando pelo beneficiamento minero/metalúrgico, propriedades e aplicações e finalizando com o impacto deste bem na economia brasileira e mundial.
O ELEMENTO 41
O Nióbio é o elemento químico de número atômico 41 localizado no 5° período e no grupo 5 da tabela periódica dos elementos químicos. Descoberto em 1801 na Inglaterra por um químico chamado Charles Hatchett enquanto examinava um fragmento de um mineral chamado columbita, o nióbio foi chamado primeiramente de columbium (Cb) e posteriormente renomeado de Niobium (Nb) quando em 1844 o químico alemão Heinrich Rose acreditou de maneira enganosa ter descoberto um novo elemento. Em 1950 a união Internacional de Química Pura e Aplicada – IUPAC – adotou definitivamente o nome Nióbio para o elemento.
A Figura 1 apresenta Charles Hatchett e Heinrich Rose os químicos responsáveis pela identificação do elemento.
Figura 1 – Charles Hatchett e Heinrich Rose.
Desde o momento de sua descoberta até nos dias atuais os esforços de cientistas e pesquisadores estão centrados em descobrir como o Nb pode ser útil no melhoramento de propriedades dos materiais, principalmente na aplicação em aços que são micro ligados com o elemento. Diversas frentes de pesquisa tem desenvolvido no mundo trabalhos com o intuito de aumentar o uso do elemento onde destaca-se o trabalho da Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração – CBMM – localizada em Araxá – Minas Gerais. A CBMM, fundada na década de 50 após as descobertas do geólogo Djalma Guimarães, é uma empresa de capital aberto e detentora de 78% da produção mundial (Junior, 2014) de Nb metálico, atua desde a lavra do minério de pirocloro até a venda de Nb metálico e seus derivados para clientes do mundo todo. 
O foco principal da empresa está no desenvolvimento de mercado que procura provar para potenciais clientes os benefícios da aplicação do Nb em aços aumentando assim suas vendas. O desenvolvimento em processo também é muito importante, pois toda a tecnologia criada para o beneficiamento mineral e metalúrgico foi readaptada para alcançar níveis de excelência e eficácia acima da média. A Figura 2 exibe o complexo de mineração da CBMM em Araxá e um lote de Nb metálico pronto para a exportação.
Figura 2 – Complexo de mineração CBMM e Nb para exportação.
Tendo em vista a grande participação de mercado que empresa possui muitos dos processos, produtos e características de operação apresentados neste trabalho serão uma síntese do que acontece na empresa.
OCORRÊNCIA MINERAL
A principal jazida conhecida de Nb do mundo se localiza em Minas Gerais na cidade de Araxá num complexo conhecido no meio geológico como complexo carbonatítico do Barreiro localizado na Província Ígnea do Alto Paranaíba – PIAP. Esses complexos denominados alcalinos são conhecidos desde a década de 50 e contém significativos depósitos de fosfato e Nb (Barbosa et au. 1970).
Um intenso magmatismo provocou um soerguimento da região e consequente enfraquecimento da crosta gerando tanto corpos intrusivos como corpos extrusivos formando a PIAP entre 80 e 90 Ma (Sgarbi et au,. 2004). Gomes et au. (1990) enfatiza que após o enfraquecimento da crosta intrusões carbonatíticas preencheram a série de fraturas provocadas pelo fenômeno anterior dando origem a estruturas dômicas de elevadas dimensões (até 65 km²) que compreendem o que hoje conhecemos como os complexos de Catalão l e ll no sul de Goiás, Serra Negra, Salitre l, ll e lll, Araxá e Tapira, no oeste de Minas Gerais. A Figura 3 apresenta um esquema simplificado dos fenômenos que ocorreram na formação dos complexos.
Figura 3 – Processo de formação de complexos alcalinos.
As rochas ultrabásicas (baixo teor de sílica) intrudiram rumo à superfície arqueando a mesma. Em seguida uma nova intrusão de carbonatitos (mais de 50% de carbonatos) transformou as rochas em glimeritos (Flogopita). Com a superfície enfraquecida, tanto pela erosão quanto pelamudança química da rocha, ocorreu a formação de um depósito supergênico residual (Seer, 1999).
Como resultado final originou-se um manto pouco espesso de material estéril e abaixo uma camada de minério rico em Nb. Tanto o minério como e estéril por serem produtos derivados de processos erosivos dão a mina uma de suas principais características, a friabilidade das rochas dispensando o uso de explosivos no desmonte sendo este feito apenas mecanicamente através de carregadeiras e escavadeiras.
Abaixo da camada de minério residual ainda se encontra a rocha sã que também possui certo teor de Nb. Hoje, a configuração dos horizontes de mineralização se encontra da seguinte forma:
Minério residual (manto de intemperismo): esse tipo do minério é diretamente derivado da rocha sã e contém aproximadamente 4% de bariopirocloro. A concentração se deu através de conservação física propiciada pela resistência natural do minério que é elevada se comparada aos outros.a espessura dessa camada é atualmente de 250m.
Minério primário (rocha sã): testemunhos de sondagem indicam um minério com teor de Nb de aproximadamente 1,5%. Perfuratrizes atingiram a profundidade de 820 m onde ainda indicavam a presença de minério.
Com relação as reservas de minério tem-se que para o manto de intemperismo a quantidade de Nb a 2,5% se aproximam de 808 milhões de toneladas enquanto que na rocha sã esse valor chega a 1,8 bilhões de toneladas dando a entender que se mantiver o ritmo atual de produção a vida útil da mina pode alcançar centenas de anos. A Figura 4 exibe a vista da mina onde acontece a exploração do Nb.
Figura 4 – Vista aérea da mina da CBMM.
Após a retirada do minério nas frentes de lavra o mesmo é homogeneizado em pilhas através do sistema stacker com o objetivo de padronizar a alimentação da usina. A composição média do minério é apresentada na Tabela 1.
Tabela 1 – Composição do minério no manto de intemperismo.
	Mineral
	%
	Bariopirocloro
	4
	Limonita e Goetita
	36
	Bário
	20
	Magnetita
	16
	Goeceixita
	6
	Monazita
	4
	Ilmenita
	5
	Quartzo
	4
	Outros
	5
TRATAMENTO MINERAL E METALÚRGICO
Após o processo de retirada do minério da mina e com o mesmo devidamente homogeneizado dá-se início o processo denominado tratamento mineral que de acordo com Valadão (2007) consiste em uma série de operações unitárias cujo objetivo principal é a obtenção de dois produtos, o concentrado, que consiste na porção enriquecida de Nb e o rejeito que leva em sua maioria grande parte das impurezas contidas no minério. O que caracteriza o concentrado é seu teor que é sempre maior que o teor alimentado de acordo com as especificações do cliente final. No caso apresentado nesse trabalho o teor da alimentação gira em torno de 2,5% e, após a o tratamento mineral obtém-se um concentrado de aproximadamente 52,5% de Nb com impurezas contidas de Pb, S e P que serão retirados nos processos pirometalurgicos posteriores. O rejeito é caracterizado por uma grande quantidade de magnetita e uma fração pequena de Nb, cerca de 0,5% que é depositado em uma barragem.
Tratamento Mineral
Metalurgia
PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
ECONOMIA DO NIÓBIO
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BARBOSA O., BRAUN O.P.G., DYER R.C., CUNHA, C.A.B., 1970. Geologia da região do Triângulo Mineiro. Boletim DFPM/DNPM. 136, 140p.
GOMES C.B., RUBERTI E., MORBIDELLI L., 1990. Carbonatite complexes from Brazil: a review. J. South Am. Earth Sci., 3: 51-63.
JÚNIOR, Rui Fernandes P. 2014. Sumário Nióbio do Departamento Nacional de Produção Mineral – DNPM/MG. Pg. 01 - 2014.
SEER H.J. 1999. Evolução Tectônica dos Grupos Araxá e Ibiá na Sinforma de Araxá-MG. Universidade de Brasília (Tese de Doutorado).
SGARBI P.B.A., HEANMAN L.M., GASPAR J.C., 2004. U-Pb perovskite ages for brazilian kamafugitic rocks: further support for a temporal link to a mantle plum hotspot track. J. South Am. Earth Sci., no Prelo.
VALADÃO G.E.S. 2007. Introdução ao Tratamento de Minérios. 1ª ed. Editora UFMG. Belo Horizonte.