ซีรีส์: การทำเหมือง & วัสดุ • โพสต์ 6
อลูมิเนียม, ทองแดง & โลหะหายาก — เส้นเลือดแห่งพลังงาน
เหล็กคือกระดูกของเรา; อลูมิเนียม คือปีกของเรา; ทองแดง คือเส้นประสาทของเรา; และ โลหะแบตเตอรี่ คือไอออนที่ทำให้ทุกอย่างมีชีวิต ในส่วนนี้เราจะเดินสายไฟทั่วโลก — ด้วยพลังงานสะอาด, เตาเผาสะอาด, และโรงงานที่ทำตัวเหมือนเพื่อนบ้าน
ภารกิจของวันนี้
แสดง วิธีที่เราผลิตอลูมิเนียม, ทองแดง, และโลหะแบตเตอรี่โดย ไม่มีควัน
เผยแพร่ โหลดที่คำนวณล่วงหน้า, รอยเท้า, และการไหลของผลิตภัณฑ์.
ออกแบบ “เส้นเลือด” ของโลกให้ทำงานด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จากโรงงานเมล็ดพันธุ์ของเรา (ตอนที่ 3).
ทำไมโลหะเหล่านี้ (ระบบประสาทของอารยธรรม)
Aluminum ทำโครงสร้างให้เบา, ทนการกัดกร่อน, และขนส่งได้เร็ว Copper เคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนได้อย่างสง่างาม: มอเตอร์, หม้อแปลง, บัสบาร์ Nickel, cobalt, manganese & lithium ปรับแต่งเคมีของแบตเตอรี่ ในการก่อสร้างของเรา พวกมันทั้งหมดเป็นไฟฟ้าตั้งแต่เหมืองถึงผลิตภัณฑ์ — ไม่มีดีเซล, ไม่มีถ่านหิน
- ความร้อนไฟฟ้า (เหนี่ยวนำ, ความต้านทาน) แทนที่เตาเผา
- วงจรปิด ดักจับก๊าซเสียและรีไซเคิลน้ำ
- โรงงานเมล็ดพันธุ์พลังงานแสงอาทิตย์ (ส่วนที่ 3) พิมพ์เมกะวัตต์เพื่อขับเคลื่อนทุกอย่าง
อลูมิเนียม — เบา, เร็ว, รีไซเคิลได้ไม่จำกัด
กระบวนการโดยย่อ
- Bauxite → Bayer (ขุด, ล้าง, ย่อยสลาย, ตกตะกอน) → Alumina
- Alumina → Smelter (Hall‑Héroult) ด้วยไฟฟ้าสะอาด (แนะนำแอโนดเฉื่อย)
- Casthouse: บิลเล็ต, แผ่น, โลหะผสมหล่อ; Rolling/Extrusion ข้างๆ
ชีทช่วยจำต่อตัน (โดยประมาณ)
| ขั้นตอน | ไฟฟ้า | บันทึก |
|---|---|---|
| การกลั่นอลูมินา | ~0.4–1.0 MWh/t Al | ปั๊มย่อยสลาย, เตาเผาไฟฟ้า |
| การถลุง (เซลล์) | ~14–16 MWh/t Al | ลดลงด้วยแอโนดเฉื่อย & การกู้คืนความร้อน |
| หล่อ/ตกแต่ง | ~1–3 MWh/t Al | เตาหลอมเหนี่ยวนำ, ตัวกรอง |
รีไซเคิลเศษ: ~1–1.5 MWh/t (หลอม & หล่อ) — ทำไมเราถึงชอบวงจรปิด
ทำไมต้องใช้แอโนดเฉื่อย?
พวกเขาหลีกเลี่ยงการบริโภคแอโนดคาร์บอนและการเพิ่มขึ้นของเปอร์ฟลูออโรคาร์บอน, ลด CO₂ ในกระบวนการ, และทำให้ควันง่ายขึ้น เรายังคงดำเนินการจับและกรองเต็มรูปแบบ; อากาศรอบตัวเราเพื่อชมพระอาทิตย์ตก ไม่ใช่สำหรับปล่องควัน
ทองแดง — สายไฟ, ขดลวด, และความอบอุ่น
กระบวนการโดยย่อ
- แร่ซัลไฟด์เข้มข้น → การหลอมแบบแฟลช & แปลง → แอโนด
- การกลั่นไฟฟ้า (ER) → แคโทด 99.99%
- ปลายน้ำ: โรงงานรีดแท่ง, สายเคลือบอีนาเมล, บัสบาร์, ฟอยล์
ชีทช่วยจำต่อตัน (โดยประมาณ)
| ขั้นตอน | ไฟฟ้า | บันทึก |
|---|---|---|
| การหลอม/แปลง (อุปกรณ์เสริมไฟฟ้า) | ~0.4–0.8 MWh/t Cu | เตาเป็นปฏิกิริยาเอ็กโซเทอร์มิก; เราจับความร้อนได้ |
| การกลั่นไฟฟ้า | ~2.0–3.0 MWh/t Cu | โหลด DC คงที่ = เพื่อนที่ดีที่สุดของไมโครกริด |
| โรงงานรีดแท่ง/ฟอยล์ | ~0.1–0.3 MWh/t Cu | มอเตอร์ & การอบ, ทั้งหมดเป็นไฟฟ้า |
เรานำก๊าซที่ปล่อยออกมาไปยังโรงงานกรด; ไม่มีการเผาไหม้ด้วยเปลวไฟ, มีแต่ผลิตภัณฑ์เท่านั้น
ทำไมไม่ใช้การสกัดด้วยตัวทำละลาย/electrowinning (SX/EW) ที่นี่?
SX/EW โดดเด่นสำหรับออกไซด์และสารละลาย; ซัลไฟด์ชอบการถลุง + ER เรายังคงใช้สายการแช่สีเขียวสำหรับเศษแร่และกระแสเกรดต่ำเพื่อให้ทุกอะตอมมีค่า
บอร์ดด่วนโลหะแบตเตอรี่ — Ni, Co, Mn, Li
เคมีแบตเตอรี่คือบุฟเฟ่ต์ เราออกแบบโรงงานเหมือนบล็อก Lego: leach/HPAL หรือ calcine → MHP หรือ solution → electrowinning/crystallization → sulfates/hydroxides ทั้งหมดใช้ไฟฟ้า วงจรน้ำปิด เลือกสารเคมีเพื่อความสมเหตุสมผล
ไฟฟ้าต่อหนึ่งตัน (โดยประมาณ รวมความร้อนที่ใช้ไฟฟ้า)
| ผลิตภัณฑ์ | กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อผลิตภัณฑ์ตัน | บันทึก |
|---|---|---|
| นิกเกิลซัลเฟต (จาก laterite ผ่าน HPAL + EW) | ~3,800–10,200 | EW + e‑steam สำหรับ HPAL; ขึ้นอยู่กับไซต์ & แร่ |
| โคบอลต์ซัลเฟต | ~1,600–4,400 | EW + การตกผลึก |
| แมงกานีสซัลเฟต | ~780–2,330 | การคั่ว/แช่ไฟฟ้า; การขัดเงา |
| ลิเทียมไฮดรอกไซด์ (จาก spodumene) | ~3,700–8,300 | E‑calciners + เครื่องตกผลึก |
ช่วงแสดงถึงเกรดแร่/เกลือ, อัตราการรีไซเคิล, และความเข้มข้นในการใช้ไฟฟ้าความร้อนในกระบวนการ
โหลด “สวรรค์ DC คงที่”
- กอง Electrowinning ให้กระแส DC คงที่ → ง่ายต่อการเก็บด้วยการจัดเก็บ
- เครื่องตกผลึก & ปั๊มทำงานอย่างสุภาพ; เราเลื่อนเวลาโดยใช้การเก็บความร้อน
- ทุกอย่างตั้งอยู่บนไมโครกริดพลังงานแสงอาทิตย์เดียวกับเหล็ก ทองแดง และแก้ว (ส่วนที่ 3–5)
แต่สารเคมีล่ะ?
เรามาตรฐานใช้สารเคมีที่ปลอดภัยหรือรีไซเคิลได้ (เช่น วงจรแอมโมเนีย ระบบซัลเฟต) ดักจับไอระเหย และเก็บน้ำในวงจรปิด “ของเสีย” กลายเป็นวัตถุดิบสำหรับเพื่อนบ้าน (เช่น กรดสำหรับร้านกัดกร่อน เบสสำหรับทำให้เป็นกลาง)
สถานการณ์โรงงานที่คำนวณล่วงหน้า
แคมปัสโรงถลุงอลูมิเนียม
| กำลังการผลิต | โหลดเฉลี่ย | PV ขั้นต่ำ | เก็บข้อมูล 12 ชั่วโมง | บันทึก |
|---|---|---|---|---|
| 500 kt/yr | ~0.8–1.1 GW | ~4.1–5.6 GWp | ~9.6–13.2 GWh | ตรงกับตัวเลขในส่วนที่ 4 |
| 1.0 Mt/yr | ~1.6–2.2 GW | ~8.2–11.3 GWp | ~19–26 GWh | แอโนดเฉื่อยผลักดันช่วงล่าง |
PV “min” โดย Avg(MW)×5.14 (5.5 PSH, 85% ผลผลิต) เราเพิ่มขนาดเพื่อจ่ายไฟให้กับการรีดและเพื่อนบ้าน
แคมปัสแคโทดทองแดง
| กำลังการผลิต | โหลดเฉลี่ย | PV ขั้นต่ำ | เก็บข้อมูล 12 ชั่วโมง | บันทึก |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Mt/yr | ~280–450 MW | ~1.44–2.31 GWp | ~3.4–5.4 GWh | ER ครองตลาด, คงที่มาก |
| 2.0 Mt/yr | ~560–900 MW | ~2.9–4.6 GWp | ~6.8–10.8 GWh | เพิ่มโรงงานกรด, สายฟอยล์ |
ความร้อนจากการถลุงเป็นปฏิกิริยาให้ความร้อน — เรานำไปใช้กับเครือข่ายไอน้ำและเพื่อนบ้าน
โลหะแบตเตอรี่ — การกำหนดขนาดแคมปัสอย่างรวดเร็ว
| ผลิตภัณฑ์ | ขนาดโรงงาน | โหลดไฟฟ้าเฉลี่ย | PV ขั้นต่ำ | เก็บข้อมูล 12 ชั่วโมง | บันทึก |
|---|---|---|---|---|---|
| นิกเกิลซัลเฟต | 100 kt/yr | ~50–130 MW | ~260–670 MWp | ~0.6–1.6 GWh | HPAL + EW, ความร้อนที่ใช้ไฟฟ้า |
| โคบอลต์ซัลเฟต | 50 kt/yr | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | มักจับคู่กับ Ni |
| แมงกานีสซัลเฟต | 300 kt/yr | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | วัตถุดิบต้นทาง LMFP/NMC |
| ลิเธียมไฮดรอกไซด์ | 100 kt/yr | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | เส้นทาง Spodumene ที่ใช้ไฟฟ้า |
เรานับความร้อนเป็นผู้เช่าไฟฟ้า (E‑boilers, heat pumps) ตัวเลขรวมถึงเทียบเท่าความร้อนที่ใช้ไฟฟ้า
รอยเท้า น้ำ & เพื่อนบ้าน
รอยเท้ทั่วไป
- อะลูมิเนียม 1 Mt/ปี: โรงถลุง + โรงหล่อ ~60–100 เฮกตาร์; ทุ่ง PV 8–11 กม² ใกล้เคียง
- ทองแดง 1 Mt/ปี: ถลุง/แปลง/ER ~30–60 เฮกตาร์; ทุ่ง PV 1.4–2.3 กม²
- วิทยาเขตแบตเตอรี่: บล็อก 20–60 เฮกตาร์ต่อผลิตภัณฑ์; สาธารณูปโภค & ห้องปฏิบัติการร่วมกัน
น้ำ & อากาศ
- ระบบระบายความร้อนวงจรปิด; น้ำฝนจากทุ่ง PV เติมน้ำทดแทน
- โรงงานกรด & เครื่องกรองจับ SO₂ และ HF เป็นผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่การเขียนบนท้องฟ้า
- เสียง <85 dBA ที่รั้ว; สายพานลำเลียงมีฝาครอบ; น่าเบื่ออย่างตั้งใจ
เหมืองของเราทิ้งทะเลสาบไว้ (ตอนที่ 1) โรงถลุงของเราทิ้งแสงอาทิตย์ไว้ ควันเพียงอย่างเดียวคือไอน้ำในเช้าวันหนาว และเราน่าจะส่งท่อไปยังซักรีด
แตะเพื่อเปิด Q&A
“อะลูมิเนียมดูเหมือนใช้พลังงานมาก — นั่นเป็นปัญหาไหม?”
นั่นคือคุณสมบัติ อะลูมิเนียมเป็น แบตเตอรี่ในรูปแบบโลหะ: ไฟฟ้าที่ใช้ล่วงหน้ากลายเป็นแสงสว่างและโครงสร้างกันสนิมเป็นเวลาศตวรรษที่รีไซเคิลได้โดยใช้พลังงานประมาณ 10% ด้วยโรงงานเมล็ดพันธุ์พลังงานแสงอาทิตย์ของเรา เราพิมพ์เมกะวัตต์ก่อน แล้วจึงหล่อปีก
“เราจะรักษาความสะอาดของทองแดงได้อย่างไรถ้าการถลุงร้อน?”
การถลุงซัลไฟด์เป็นปฏิกิริยาให้ความร้อน — เราจับความร้อน ดึง SO₂ เพื่อทำกรดซัลฟิวริก (ผลิตภัณฑ์ที่มีค่า) และใช้ไฟฟ้าขับเคลื่อนอุปกรณ์เสริมทั้งหมด ห้อง ER เป็นโหลด DC คงที่ที่ชอบพลังงานแสงอาทิตย์ + การเก็บพลังงาน
“สารทำปฏิกิริยาของโลหะแบตเตอรี่เป็นอันตรายไหม?”
เราเลือกเคมีเพื่อความสมเหตุสมผล (ซัลเฟต วงจรแอมโมเนีย) ปิดเส้นทางไอ และรีไซเคิลน้ำ ขยะแข็งเป็นสารเฉื่อยและออกแบบมาเพื่อใช้ซ้ำเมื่อเป็นไปได้ ถ้าตัวทำปฏิกิริยาไม่ทำงาน ก็จะไม่ถูกเชิญ
“วิทยาเขตเหล่านี้จะอยู่ใกล้เมืองได้ไหม?”
ใช่ — นั่นแหละคือจุดประสงค์ ไดรฟ์ไฟฟ้า สายปิด และวงจรปิดเปลี่ยนอุตสาหกรรมหนักให้กลายเป็นเพื่อนบ้านที่เงียบสงบ ทะเลสาบจากตอนที่ 1 กลายเป็นสวนสาธารณะในปีที่ห้า
ต่อไป: Mega Vans & Flywheels — Trucks as Rolling Batteries (ตอนที่ 7) เราจะเปลี่ยนโลจิสติกส์ให้เป็นที่เก็บพลังงานและทำให้สถานที่นี้รู้สึกเหมือนบัลเลต์