Алюминий, медь и редкие металлы
Поделиться
Серия: Горное дело и материалы • Пост 6
Алюминий, медь и редкие металлы — вены силы
Сталь — наши кости; алюминий — наши крылья; медь — наши нервы; а battery metals — ионы, которые поддерживают жизнь. В этой части мы проводим планету — с чистой энергией, чистыми печами и заводами, которые ведут себя как соседи.
Сегодняшняя миссия
Покажите, как мы производим алюминий, медь и батарейные металлы без дыма
Публикуйте предварительно рассчитанные нагрузки, следы и потоки продукции.
Проектируйте «вены» мира, чтобы они работали на солнечной энергии от нашей фабрики семян (Часть 3).
Почему эти металлы (нервная система цивилизации)
Алюминий делает конструкции лёгкими, коррозионно-стойкими и быстрыми в доставке. Медь изящно проводит электроны: моторы, трансформаторы, шины. Никель, кобальт, марганец и литий настраивают химию батарей. В нашем производстве они все электрические от руды до продукта — без дизеля, без угля.
- Электрическое тепло (индукция, сопротивление) заменяет горелки.
- Замкнутые циклы улавливают отходящие газы и перерабатывают воду.
- Солнечная фабрика семян (Часть 3) производит мегаватты для всего.
Алюминий — лёгкий, быстрый, бесконечно перерабатываемый
Процесс в кратком обзоре
- Бокситы → Байер (добыча, промывка, выщелачивание, осаждение) → Глинозём
- Глинозём → Печь (Hall‑Héroult) с чистой электроэнергией (предпочтительны инертные аноды)
- Литейный цех: заготовки, слитки, литейные сплавы; Прокатка/Экструзия рядом
Шпаргалка на тонну (ориентировочно)
| Этап | Электричество | Примечания |
|---|---|---|
| Очистка глинозёма | ~0.4–1.0 MWh/t Al | Электрифицированные насосы для сушки, кальцинирование |
| Плавка (ячейки) | ~14–16 MWh/t Al | Меньше с инертными анодами и утилизацией тепла |
| Литьё/отделка | ~1–3 MWh/t Al | Индукционные печи, фильтры |
Переработка лома: ~1–1.5 MWh/t (плавка и литьё) — почему мы любим замкнутые циклы.
Зачем инертные аноды?
Они избегают потребления углеродных анодов и всплесков перфторуглеродов, сокращают выбросы CO₂ в процессе и упрощают обработку дымовых газов. Мы по-прежнему осуществляем полное улавливание и фильтрацию; воздух вокруг нас — для закатов, а не для труб.
Медь — провода, обмотки и тепло
Процесс в кратком обзоре
- Сульфидный концентрат → вспышечная плавка & конвертация → аноды
- Электрорафинирование (ER) → катод 99.99%
- Дальнейшие этапы: мельница прутков, эмалированная проволока, шина, фольга
Шпаргалка на тонну (ориентировочно)
| Этап | Электричество | Примечания |
|---|---|---|
| Плавка/конвертация (электрические вспомогательные устройства) | ~0.4–0.8 MWh/t Cu | Печь экзотермическая; мы улавливаем тепло |
| Электрорафинирование | ~2.0–3.0 MWh/t Cu | Постоянная нагрузка постоянного тока = лучший друг микросети |
| Мельницы для прутков/фольги | ~0.1–0.3 MWh/t Cu | Двигатели & отжиги, всё электрическое |
Мы направляем отводимые газы на кислотный завод; без факелов, только продукты.
Почему здесь не использовать экстракцию растворителем/электровыделение (SX/EW)?
SX/EW отлично подходит для оксидов и выщелачиваний; сульфиды любят плавку + ER. Мы всё ещё запускаем зеленые линии выщелачивания для хвостов и низкосортных потоков, чтобы учесть каждый атом.
Быстрая доска по металлам аккумуляторов — Ni, Co, Mn, Li
Химия аккумуляторов — это шведский стол. Мы проектируем заводы как блоки Lego: выщелачивание/HPAL или кальцинация → MHP или раствор → электровыделение/кристаллизация → сульфаты/гидроксиды. Всё электрическое. Водяные контуры замкнуты. Реагенты выбраны для здравомыслия.
Электроэнергия на тонну (ориентировочно, включая электрифицированное тепло)
| Продукт | кВт·ч на тонну продукта | Примечания |
|---|---|---|
| Сульфат никеля (из латерита через HPAL + EW) | ~3,800–10,200 | EW + e‑пар для HPAL; зависит от площадки и руды |
| Сульфат кобальта | ~1,600–4,400 | EW + кристаллизация |
| Сульфат марганца | ~780–2,330 | Обжиг/выщелачивание электрифицированы; полировка |
| Гидроксид лития (из сподумена) | ~3,700–8,300 | E‑кальцинаторы + кристаллизаторы |
Диапазоны отражают содержание руды/рассол, коэффициенты рециркуляции и то, насколько агрессивно мы электрифицируем технологическое тепло.
Нагрузки «постоянного постоянного тока»
- Электровыделительные стеки обеспечивают постоянный постоянный ток → легко буферизуются с помощью накопителя.
- Кристаллизаторы и насосы вежливо гудят; мы сдвигаем время с помощью теплового накопителя.
- Всё работает на одной и той же солнечной микросети с производствами стали, меди и стекла (Части 3–5).
А реагенты?
Мы стандартизируем использование безвредных или перерабатываемых реагентов (например, аммиачные циклы, сульфатные системы), улавливаем пары и сохраняем воду в замкнутых контурах. «Отходы» становятся сырьём для соседей (например, кислота для выщелачивающих цехов, щёлочь для нейтрализации).
Предварительно рассчитанные сценарии завода
Комплексы алюминиевых заводов
| Мощность | Средняя нагрузка | Минимум PV | 12 ч хранения | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 500 кт/год | ~0.8–1.1 ГВт | ~4.1–5.6 ГВтp | ~9.6–13.2 ГВт·ч | Соответствует цифрам Части 4 |
| 1.0 Мт/год | ~1.6–2.2 ГВт | ~8.2–11.3 ГВтp | ~19–26 ГВт·ч | Инертные аноды снижают нижний предел |
PV «мин» по Avg(MW)×5.14 (5.5 PSH, 85% выход). Мы увеличиваем мощность для питания прокатного стана и соседей.
Комплексы с медными катодами
| Мощность | Средняя нагрузка | Минимум PV | 12 ч хранения | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Мт/год | ~280–450 МВт | ~1.44–2.31 ГВтp | ~3.4–5.4 ГВт·ч | ER доминирует, очень стабильно |
| 2.0 Мт/год | ~560–900 МВт | ~2.9–4.6 ГВтp | ~6.8–10.8 ГВт·ч | Добавить кислотный завод, линию фольги |
Тепло плавки экзотермическое — мы направляем его в паровые сети и соседям.
Металлы для аккумуляторов — быстрая оценка кампуса
| Продукт | Масштаб завода | Средняя электрическая нагрузка | Минимум PV | 12 ч хранения | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| Сульфат никеля | 100 kt/yr | ~50–130 МВт | ~260–670 МВтp | ~0.6–1.6 ГВт·ч | HPAL + EW, электрифицированное тепло |
| Сульфат кобальта | 50 kt/yr | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | Часто в сочетании с Ni |
| Сульфат марганца | 300 kt/yr | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | Питание прекурсоров LMFP/NMC |
| Гидроксид лития | 100 kt/yr | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | Электрифицированный маршрут сподумена |
Мы рассматриваем тепло как электрический ресурс (E‑котлы, тепловые насосы). Цифры включают эквиваленты электрифицированного тепла.
Площади, вода и соседи
Типичные площади
- Алюминий 1 млн т/год: плавильня + литейный цех ~60–100 га; поле PV 8–11 км² рядом
- Медь 1 млн т/год: плавка/конверсия/ER ~30–60 га; поле PV 1,4–2,3 км²
- Кампус батарей: блоки по 20–60 га на продукт; общие коммунальные услуги и лаборатории
Вода и воздух
- Замкнутая система охлаждения; дождь с PV лугов пополняет подпиточную воду.
- Кислотные установки и скрубберы превращают SO₂ и HF в продукты, а не в надписи в небе.
- Шум <85 дБА у забора; конвейеры закрыты; специально довольно скучно.
Наши шахты оставляют озёра (Часть 1). Наши плавильни оставляют солнечный свет. Единственный дым — пар в холодное утро, и, вероятно, мы направим его в прачечную.
Tap‑to‑open Q&A
«Алюминий кажется энергоёмким — это проблема?»
Это особенность. Алюминий — это батарея в металлической форме: электроэнергия, вложенная в начале, становится столетием света, коррозионно-стойкой конструкцией, которая перерабатывается с энергозатратами около 10%. С нашим заводом солнечных элементов мы сначала печатаем мегаватты, а затем отливаем крылья.
«Как мы сохраняем медь чистой, если плавильня «горячая»?»
Сульфидное выплавление экзотермично — мы улавливаем тепло, удаляем SO₂ для производства серной кислоты (ценного продукта) и запускаем все вспомогательные процессы на электричестве. Зал ER — это стабильная нагрузка постоянного тока, которая любит солнечную энергию + накопление.
«Являются ли реагенты для батарей вредными?»
Мы выбираем химические составы для здравого смысла (сульфат, аммиачные циклы), закрываем пути пара и перерабатываем воду. Твёрдые отходы инертны и спроектированы для повторного использования, где возможно. Если реагент ведёт себя плохо, его не приглашают.
«Могут ли эти кампусы жить рядом с городами?»
Да — в этом и суть. Электрические приводы, закрытые линии и замкнутые циклы превращают «тяжёлую промышленность» в тихого соседа. Озеро из Части 1 к пятому году станет парком.
Далее: Mega Vans & Flywheels — Trucks as Rolling Batteries (Часть 7). Мы превратим логистику в накопление энергии и сделаем площадку похожей на балет.