A produção eletroquímica de terras raras tem como característica a produção de gases no anodo que, dependendo das condições de processo, podem afetar o desempenho da produção e aumentar o impacto ambiental pela liberação de perfluorcarbonos (PFC). Esse trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo matemático que permitisse representar o potencial da célula em função da formação dos gases no anodo, e ajudasse no entendimento do mecanismo do efeito anódico para células verticais de redução de neodímio ou didímio (Nd, Pr). Para isso, o modelo foi desenvolvido em função da dinâmica das bolhas, do balanço das espécies no anodo e as distintas contribuições ao potencial da célula eletroquímica. Foram também realizados ensaios de voltametria cíclica, cronopotenciometria e redução eletroquímica para alimentar o modelo com dados ou para comparação dos resultados dos ensaios com o modelo proposto. A partir do modelo, foi possível discutir e propor um mecanismo do efeito anódico em função de variáveis de processo, tais como concentração de óxido no eletrólito, densidade de corrente, tensão superficial, molhabilidade e viscosidade. Estas variáveis afetam a dinâmica das bolhas, área de anodo ocupada e limita a transferência de massa das espécies eletroativas, podendo levar ao efeito anódico. Na sequência do trabalho, foi estudado como a estabilidade do processo pode ser afetada pela dinâmica das bolhas, que por sua vez são afetadas pela disposição geométrica do anodo, a concentração de óxido no eletrólito e a densidade de corrente. Por fim, o modelo foi adaptado para simular as condições mínimas para a formação de perfluorcarbono, predizendo com sucesso, qualitativamente, a formação de CF4.

Electrowinning of Rare Earth is characterized by the production of gases on the anode which, depending on the process conditions, may affect production performance and increase the environmental impact by the release of perfluorocarbons. This work aimed to develop a mathematical model that represents the potential of the cell as a function of the off-gases in the anode, and could contribute to the understanding of the anode effect mechanism in vertical electrochemical cells for neodymium or didymium (Nd,Pr) reduction. For this, the model was developed considering the bubble evolution, the species mass transfer on the anode, and the different contributions to the electrochemical cell voltage. Cyclic voltammetry, chronopotenciometry and electrochemical reduction tests were carried out to feed the model with data or to compare the results simulated. From the model, it was possible to discuss and to propose an anode effect mechanism as a function of some variables such as oxide concentration in the electrolyte, current density, surface tension, wettability, and viscosity. Those variables affect the bubble dynamic, the area of anode occupied by bubbles and limit the mass transfer of electroactive species, which can lead to anode effect. In the sequence of this work, it was studied how the process stability is affected by the bubble evolution on the anode, which is a consequence of the anode geometry, oxide concentration and current density. Finally, the model was adapted to simulate the minimum conditions that cause the formation of perfluorocarbons, predicting properly and qualitatively the CF4 formation.