Por meio de extração de metal Escândio, pesquisador da Poli-USP busca solução sustentável para barragens de mineração

O pesquisador da Escola Politécnica (Poli) da USP, Amilton Barbosa Botelho Junior, desenvolveu uma tese de doutorado sobre a extração do elemento Escândio a partir de rejeitos armazenados em barragens. Atuando no Laboratório de Reciclagem, Tratamento de Resíduos e Extração (LAREX), Amilton Barbosa Botelho Júnior recebeu o Prêmio Tese Destaque USP 2022 na área de Sustentabilidade Ambiental por este trabalho. 

A tese “Extração de escândio a partir de reservas não exploradas utilizando rota hidrometalúrgica como foco no desenvolvimento sustentável” foi realizada sob orientação do professor Jorge Alberto Soares Tenório e co-orientado pela professora Denise Espinosa, do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da USP, e teve apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

A pesquisa partia de um processo de obtenção de um metal crítico, ou seja, que corre risco de interrupção no fornecimento a curto e médio prazo, o escândio. O elemento tem potencial de viabilidade técnica e econômica. Estima-se que o óxido de escândio (Sc2O3) possa valer até 3.800 dólares o quilograma. Processando 100 toneladas do resíduo, pode-se obter até 1 milhão de dólares em compostos de escândio . Além de obter o material, os resultados do trabalho buscaram uma alternativa para eliminar os rejeitos que são armazenados em barragens, evitando impactos como os causados nos acidentes de Mariana, em 2015, e Brumadinho, em 2019.

O objetivo do trabalho do Amilton era trabalhar com esse rejeito de mineração, especificamente do processo de obtenção da alumina proveniente da bauxita. O processo utilizado atualmente gera uma solução chamada de Licor Bayer, a fase líquida do Processo Bayer, onde se encontra o alumínio. A fase sólida é o principal rejeito desse Processo, chamado de lama vermelha, ou resíduo de bauxita. Amilton diz que, para cada tonelada de bauxita processada, gera-se em torno de 1,5 ton a 2 toneladas dessa lama e, em linhas gerais, gera-se mais resíduo do que produto. 

Mas do que é composta essa lama vermelha?

De ferro, alumínio, silício e outros metais comuns encontrados nos minérios em geral, no mundo todo. Só que em quantidades muito pequenas, essa lama produz também os elementos do grupo terras-raras. Atualmente, 95% da produção de terras-raras é chinesa, por conta da abundância natural do País, e por conta do custo inferior de produção em relação aos outros países. Dentre essas infrações pequenas de vários elementos terras-raras está o escândio. 

Amilton explica que, quando a composição do rejeito é convertida em dinheiro, grande parte do valor econômico da lama vermelha é proveniente do escândio, e para cada quilo de lama vermelha há, aproximadamente, 40 miligramas do elemento. “No meu projeto de doutorado, estimei que para cada 100 ton de lama vermelha processada, poderia gerar até 2 milhões de dólares em produtos do escândio. Isso é uma estimativa com várias condições, sem considerar custo de operação e etc., é apenas o valor absoluto”, diz.

De volta ao Processo Bayer, o rejeito gerado tem destino a uma barragem, mas se for retirado é possível obter vários produtos diferentes dele, função ao qual Amilton vê como uma alternativa para diminuir a necessidade de barragens de minério e tornar o setor mais voltado para a sustentabilidade. “Depois dos acidentes de Mariana e de Brumadinho, em que o problema das barragens de mineração ficaram em evidência, o objetivo da minha tese não era apenas tirar o escândio da lama vermelha, era também diminuir e quem sabe, até eliminar, o uso de barragens”. 

Atualmente, o engenheiro é integrante do Laboratório de Reciclagem, Tratamento de Resíduos e Extração, ligado ao Departamento de Engenharia Química da Poli e conta que, durante a graduação, o interesse em desenvolver uma Iniciação Científica e o estágio no setor industrial combinados o auxiliaram a encontrar soluções para as necessidades das áreas em que atuava. Já formado como engenheiro, as referências se alargaram, o levaram até o mestrado e, por fim, ao tema da tese de doutorado — “O mestrado em Engenharia Química sob orientação dos professores Jorge Tenório e Denise Espinosa, e o apoio do professor James Vaughan, da University of Queensland, enquanto estive na Austrália, foram cruciais para amadurecer academicamente como pesquisador e nutrir o pensamento crítico dos cientistas”.

Entre diversos elementos do grupos dos elementos terras-raras, Amilton conta que o foco no escândio se deu por conta de seu valor econômico mundial e por ser aplicado abundantemente na indústria aeroespacial, em ligas de escândio e alumínio. Nessas aplicações, também pode ser utilizado como catalisador nos combustíveis sólidos e é considerado um elemento quase insubstituível, e por isso crítico. “Hoje a produção dele é muito escassa, poucos países conseguem produzi-lo. Se o Brasil conseguisse desenvolvê-lo, seria mais uma linha de produção brasileira, dando sentido a um material que é tido como rejeito”, conta o pesquisador.

A premiação da tese evidencia um trabalho de dois anos e meio, em que boa parte de sua estruturação foi desenvolvida durante a pandemia de covid-19. “Recebi a notícia por meio da colega Júlia Sanches, do Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo (PMI), que é representante discente da Pós-Graduação, com a mensagem ‘Mais um prêmio. Parabéns!’. No momento, eu estava em sala de aula e fiquei muito emocionado: é sim muito importante para a carreira profissional, mas sobretudo valoriza o trabalho científico e a pesquisa brasileira focada em resolver problemas do próprio país”, conta. 

No momento, o pesquisador está indo para a Universidade de Stanford fazer um pós-doutorado de 1 ano, com o intuito de aprender e desenvolver o uso de membranas para separação de metais críticos de fontes secundárias, como os resíduos de mineração, além de novas tecnologias de ensino-aprendizado e economia circular aliada a processos industriais mais sustentáveis.

*Amilton Barbosa Botelho Junior:

Formado em Engenharia Química pelas Faculdades Oswaldo Cruz (2015), Mestrado em Engenharia Química pela Escola Politécnica (Poli) da USP (2018) com período Sanduíche na The University of British Columbia, e Doutorado em Engenharia Química pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2021) com período Sanduíche na The University of Queensland. Pesquisa na área de Hidrometalurgia, Gestão de Resíduos Sólidos Urbanos e Industriais e na promoção da Economia Circular para recuperação de metais críticos e estratégicos utilizando técnicas de lixiviação, simulação termodinâmica, técnicas de separação por precipitação, extração por solventes resinas de troca iônica e membranas, análise de ciclo de vida e políticas públicas. Prêmios SemeAd PQ Jr 2021 de Produtividade Acadêmica, Excellence in Review Award pelas revistas Resources, Conservation and Recycling (2020) e Resources, Conservation and Recycling Advances (2021), e Vebleo Fellow Jr. Atualmente é pós-doc na área de reciclagem de baterias para carros elétricos e híbridos e separação de elementos terras raras. Professor nos cursos de pós-graduação Resíduos Sólidos Urbanos e Industriais e Recuperação de Compostos Químicos em Soluções Aquosas por Membranas e orientador pontual do Departamento de Engenharia Química.