O papel dos ímãs de terras raras na transição verde

A JL MAG é a maior e primeira produtora neutra em CO2 de ímãs sinterizados de neodímio-ferro-boro (NdFeB) do mundo, com sede em Ganzhou, China. O início de projetos de enorme volume para a eletrificação de automóveis aumentou a procura por ímanes NdFeB, o que resultou numa quase duplicação da receita anual da JL MAG. Por esta razão, foram construídas mais fábricas de produção em Baotou e Ningbo, na China, e uma fábrica em Monterrey, no México, será lançada em 2024.

Como fornecedora líder de ímãs, a JL MAG está atenta às exigências do mercado e fornece soluções técnicas para viabilizar produtos, reduzir materiais críticos e reduzir custos para os clientes. O mais novo desenvolvimento da JL MAG é o controle de coercividade localizado em ímãs NdFeB sinterizados, que deverá ser uma virada de jogo nos esforços para reduzir a dependência de elementos pesados ​​de terras raras.

O desenvolvimento de ímãs NdFeB sinterizados forneceu os materiais magnéticos mais fortes com o campo magnético à temperatura ambiente mais alto (remanência) e resistência à desmagnetização (coercividade). A história de sucesso associada inclui inúmeras aplicações com maior eficiência devido à maior densidade de potência e até mesmo aplicações que só poderiam ser viabilizadas através do uso de NdFeB. As maiores aplicações em termos de demanda são geradores de turbinas eólicas e máquinas de tração automotiva. As máquinas de tração contêm de um a três quilogramas de NdFeB sinterizado, e os geradores de turbinas eólicas contêm mais de 1.000 kg desse material.

Os ímãs NdFeB sinterizados obtêm sua coercividade e estabilidade de temperatura resultante do uso de elementos pesados ​​de terras raras, como disprósio, térbio e hólmio. A crescente procura por ímanes estáveis ​​a altas temperaturas, impulsionada pela eletrificação dos automóveis, resultou em aumentos de preços destes elementos. Toda a indústria magnética está em busca de processos para reduzir esses elementos, mantendo ou mesmo melhorando a estabilidade da temperatura. Os primeiros ímãs NdFeB sinterizados usando terras raras pesadas foram produzidos pelo que hoje é chamado de método tradicional: 600-1.200 kg de material pesado contendo terras raras foram derretidos, pulverizados, prensados, alinhados e sinterizados. Posteriormente, o material magnético produzido foi cortado nas dimensões finais.

O grande aumento de preços de 2011, causado pelas reduções nas exportações chinesas de elementos de terras raras, forçou a indústria magnética a concentrar-se na redução do uso pesado de terras raras. Após esses desenvolvimentos de redução, muitas aplicações ainda usam NdFeB, mas não precisam mais dos elementos pesados ​​de terras raras. A coercividade foi aumentada, por exemplo, pela redução do tamanho dos grãos após a pulverização ou por aditivos metalúrgicos. No entanto, as altas temperaturas de operação das máquinas de tração, que podem estar na faixa de 140-200°C, ainda fazem com que os ímãs de NdFeB necessitem de elementos pesados ​​de terras raras.

A produção de geradores de turbinas eólicas tem se concentrado em soluções de materiais pesados ​​e livres de terras raras. No entanto, para conseguir isto, a densidade de potência não foi maximizada, resultando em eficiências mais baixas.

Um avanço quântico no desenvolvimento do NdFeB sinterizado foi a redução de terras raras pesadas, mantendo uma grande fração desses elementos fora do material de base e, em vez disso, adicionando-os por difusão no ímã, após cortar o material magnético nas dimensões finais. Com este chamado processo de difusão de contorno de grão (GBD), foi possível uma redução significativa no uso pesado de terras raras. Devido às limitações do processo de difusão, que para quando o gradiente do material fica muito pequeno, as dimensões dos ímãs finais são limitadas a aproximadamente 6 mm na menor dimensão.

Com um exame mais minucioso da limitação de 6 mm, percebe-se que o material magnético não é homogêneo e não há limite claro de aumento da coercividade pelo processo de difusão. O volume próximo à superfície de onde a difusão começa contém conteúdo mais pesado de terras raras e também tem uma coercividade mais alta, em comparação com volumes que ficam mais distantes da superfície inicial da difusão. Este facto físico é negligenciado pela exigência que é dada nas especificações dos clientes. Para o processo tradicional, as propriedades do material eram homogêneas e o procedimento de garantia de qualidade resultante do cliente seguiu a norma IEC 60404-5. Esta norma descreve como medir uma parte homogênea em um circuito magnético fechado. Infelizmente, este tipo de medição não consegue distinguir entre zonas de diferentes resistências de desmagnetização.