系列：采矿 & 材料 • 第6篇
铝、铜 & 稀有金属 — 能源的静脉
钢是我们的骨骼；铝是我们的翅膀；铜是我们的神经；而电池金属是维持一切生命的离子。在本部分中，我们用清洁能源、清洁炉子和像邻居一样运作的工厂为地球布线。
今天的使命
展示 我们如何制造铝、铜和电池金属，且无烟
发布 预先计算的负载、足迹和产品流。
设计 世界的“静脉”，让我们的种子工厂（第3部分）运行于太阳能。
为什么选择这些金属（文明的神经系统）
铝 使结构轻巧、防腐蚀且运输快速。铜 优雅地传导电子：电机、变压器、母线。镍、钴、锰和锂 调节电池化学。在我们的制造过程中，它们从矿山到产品全程电气化——无柴油，无煤炭。
- 电加热（感应、电阻）取代燃烧器。
- 闭环 捕获废气并循环利用水。
- 太阳能种子工厂（第3部分）打印出运行一切所需的兆瓦数。
铝——轻质、快速、无限循环利用
工艺一览
- 铝土矿 → Bayer法（开采、洗涤、消化、沉淀）→ 氧化铝
- 氧化铝 → 电解槽（Hall‑Héroult） 使用清洁电力（推荐惰性阳极）
- 铸造厂：铸坯，板坯，铸造合金；轧制/挤压就在隔壁
每吨速查表（指示性）
| 步骤 | 电力 | 备注 |
|---|---|---|
| 氧化铝精炼 | ~0.4–1.0 MWh/t 铝 | 消化泵，煅烧炉电气化 |
| 熔炼（电解槽） | ~14–16 MWh/t 铝 | 使用惰性阳极和热能回收可降低 |
| 铸造/精加工 | ~1–3 MWh/t 铝 | 感应炉，过滤器 |
废料回收：~1–1.5 MWh/t（熔炼和铸造）——为什么我们喜欢闭环。
为什么选择惰性阳极？
它们避免了碳阳极消耗和全氟碳峰值，减少了工艺CO₂排放，并简化了烟气。我们仍然进行全面捕集和过滤；我们周围的空气是为了夕阳，而非烟囱。
铜 — 线材、绕组与温暖
工艺一览
- 硫化物精矿 → 闪速熔炼 & 转化 → 阳极
- 电解精炼 (ER) → 阴极 99.99%
- 下游：棒材厂，搪瓷线，母线，箔材
每吨速查表（指示性）
| 步骤 | 电力 | 备注 |
|---|---|---|
| 熔炼/转化（电动辅助设备） | ~0.4–0.8 MWh/t Cu | 炉体放热；我们回收热量 |
| 电解精炼 | ~2.0–3.0 MWh/t Cu | 稳定的直流负载 = 微电网的最佳伙伴 |
| 棒材/箔材厂 | ~0.1–0.3 MWh/t Cu | 电机 & 退火，全部电动 |
我们将废气引导至酸厂；无火炬，仅产出产品。
为什么这里不使用溶剂萃取/电解（SX/EW）？
SX/EW 在氧化物和浸出液方面表现出色；硫化物则偏爱熔炼 + ER。我们仍然运行绿色浸出线处理尾矿和低品位流，以确保每个原子都被利用。
电池金属快板 — Ni, Co, Mn, Li
电池化学是一场自助餐。我们将工厂设计为乐高积木：浸出/高压酸浸或煅烧 → MHP或溶液 → 电解/结晶 → 硫酸盐/氢氧化物。全电气化。水循环封闭。试剂选择以理智为准。
每吨电力（指示性，包括电气化热）
| 产品 | 每吨产品千瓦时 | 备注 |
|---|---|---|
| 硫酸镍（通过高压酸浸 + 电解从红土镍矿获得） | ~3,800–10,200 | 电解 + 高压酸浸用电子蒸汽；依赖场地和矿石 |
| 硫酸钴 | ~1,600–4,400 | 电解 + 结晶 |
| 硫酸锰 | ~780–2,330 | 焙烧/浸出电气化；抛光 |
| 氢氧化锂（来自锂辉石） | ~3,700–8,300 | 电子煅烧炉 + 结晶器 |
范围反映矿石/盐水品位、回收率以及我们电气化工艺热的激进程度。
“稳定直流天堂”负载
- 电解堆提供恒定直流电 → 容易通过储存缓冲。
- 结晶器和泵安静地嗡嗡作响；我们通过热储存进行时间移位。
- 所有设施都位于与钢铁、铜和玻璃相同的太阳能微电网中（第3–5部分）。
但试剂呢？
我们标准化使用无害或可回收的试剂（例如氨循环、硫酸盐系统），捕获蒸汽，并保持水在封闭回路中。“废物”成为邻近厂区的输入（例如，酸用于浸出车间，碱用于中和）。
预先计算的工厂方案
铝冶炼厂区
| 容量 | 平均负载 | 光伏最小值 | 12 小时储能 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 500 kt/yr | ~0.8–1.1 GW | ~4.1–5.6 GWp | ~9.6–13.2 GWh | 与第4部分数据匹配 |
| 1.0 Mt/yr | ~1.6–2.2 GW | ~8.2–11.3 GWp | ~19–26 GWh | 惰性阳极推动低端 |
光伏“最小”按平均(MW)×5.14（5.5 PSH，85%产率）计算。我们进行超配以供电给轧制和邻近厂区。
铜阴极厂区
| 容量 | 平均负载 | 光伏最小值 | 12 小时储能 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Mt/yr | ~280–450 MW | ~1.44–2.31 GWp | ~3.4–5.4 GWh | ER 占主导，非常稳定 |
| 2.0 百万吨/年 | ~560–900 MW | ~2.9–4.6 GWp | ~6.8–10.8 GWh | 添加酸厂，箔材生产线 |
冶炼热是放热的 — 我们将其引导至蒸汽网络和邻居。
电池金属 — 快速校园规模估算
| 产品 | 工厂规模 | 平均电力负载 | 光伏最小值 | 12 小时储能 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 硫酸镍 | 100 kt/yr | ~50–130 MW | ~260–670 MWp | ~0.6–1.6 GWh | HPAL + EW，电气化热 |
| 硫酸钴 | 50 kt/yr | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | 通常与镍配合使用 |
| 硫酸锰 | 300 kt/yr | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | LMFP/NMC前驱体原料 |
| 氢氧化锂 | 100 kt/yr | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | 电气化锂辉石路线 |
我们将热量视为电力租户（E锅炉，热泵）。数字包括电气化热等效值。
占地面积、水与邻居
典型占地面积
- 铝1百万吨/年：冶炼厂+铸造厂约60–100公顷；附近光伏场8–11平方公里
- 铜1百万吨/年：冶炼/转化/ER约30–60公顷；光伏场1.4–2.3平方公里
- 电池园区：每个产品20–60公顷区块；共享公用设施和实验室
水与空气
- 闭环冷却；来自光伏草地的雨水补充补给水。
- 酸厂和洗涤器将SO₂和HF封装成产品，而不是在天空中写字。
- 噪音<85 dBA在围栏处；输送带覆盖；故意相当无聊。
我们的矿山留下湖泊（第1部分）。我们的冶炼厂留下阳光。唯一的烟羽是在寒冷的早晨的蒸汽，我们可能会把它引到洗衣房。
Tap‑to‑open Q&A
“铝似乎很耗能——这是个问题吗？”
这是一个特点。铝是金属形态的电池：前期投入的电力变成一个世纪的光明、防锈结构，回收时只需约10%的能量。借助我们的太阳能种子工厂，我们先打印兆瓦数，然后铸造翼。
“如果冶炼厂是‘高温’的，我们如何保持铜的清洁？”
硫化物冶炼是放热反应——我们捕获热量，去除SO₂制成硫酸（一种有价值的产品），并全部用电力驱动辅助设备。ER车间是一个稳定的直流负载，非常适合太阳能+储能。
“电池金属试剂有害吗？”
我们选择化学体系以保持理智（硫酸盐、氨循环），封闭蒸汽路径，并回收水。固体废物是惰性的，并在可能的情况下设计为可再利用。如果试剂表现不好，就不会被邀请。
“这些园区能靠近城镇生活吗？”
是的——这就是重点。电驱动、封闭线路和闭环将“重工业”变成安静的邻居。第一部分的湖泊在第五年变成了公园。
接下来：Mega Vans & Flywheels — Trucks as Rolling Batteries（第7部分）。我们将把物流转变为能源存储，让现场感觉像一场芭蕾舞。