Serie: Minería & materiales • parte 6
Aluminio, cobre y metales raros — venas de poder
El acero — nuestros huesos; el aluminio — nuestras alas; el cobre — nuestros nervios; y los metales para baterías — los iones que mantienen la vida. En esta parte "envolvemos" el planeta con cables — con electricidad limpia, hornos limpios y fábricas que actúan como vecinos.
Misión de hoy
Mostrar cómo producimos aluminio, cobre y metales para baterías sin humos
Publicar cargas, áreas y flujos de productos calculados previamente.
Crear las "venas" del mundo, que funcionan desde la fábrica solar semilla (parte 3).
Por qué estos metales (el sistema nervioso de la civilización)
Aluminio hace las estructuras ligeras, resistentes a la corrosión y de transporte rápido. Cobre transporta electrones elegantemente: motores, transformadores, rieles. Níquel, cobalto, manganeso y litio ajustan la química de las baterías. En nuestra construcción todo es electricidad desde la mina hasta el producto: sin diésel, sin carbón.
- Calefacción eléctrica (inducción, resistencia) reemplaza a los quemadores.
- Circuitos cerrados capturan gases y reciclan agua.
- Planta solar semilla (parte 3) "imprime" megavatios para todo.
Aluminio — ligero, rápido, infinitamente reciclable
Proceso en breve
- Bauxita → Bayer (minería, lavado, digestión, sedimentación) → alúmina
- Alúmina → fundición (Hall‑Héroult) con electricidad limpia (ánodos inertes preferidos)
- Fundición: lingotes, placas, aleaciones de colada; laminado/extrusión al lado
Guía para una tonelada (orientativa)
| Paso | Electricidad | Notas |
|---|---|---|
| Refinación de aluminio | ~0.4–1.0 MWh/t Al | Bombas de digestión, calcinadores electrificados |
| Fusión (celdas) | ~14–16 MWh/t Al | Menos con ánodos inertes y recuperación de calor |
| Colada/acabado | ~1–3 MWh/t Al | Hornos de inducción, filtros |
Fusión de chatarra: ~1–1.5 MWh/t (fusión y colada) — por qué amamos los ciclos cerrados.
¿Por qué ánodos inertes?
Eliminan el consumo de ánodos de carbono y los picos de perfluorocarbonos, reducen el CO₂ del proceso y simplifican el tratamiento de gases. Aun así, aplicamos recolección y filtración completas; el aire alrededor — para atardeceres, no para chimeneas.
Cobre — cables, bobinas y calor
Proceso en breve
- Concentrado sulfurado → horno de fusión flash y convertidor → ánodos
- Electrorrefinería (ER) → cátodo 99,99%
- Corriente descendente: laminado de varillas, alambre esmaltado, barras, hoja
Guía para una tonelada (orientativa)
| Paso | Electricidad | Notas |
|---|---|---|
| Fusión/conversión (con ayuda eléctrica) | ~0.4–0.8 MWh/t Cu | Horno exotérmico; recuperamos el calor |
| Electrorrefinería | ~2.0–3.0 MWh/t Cu | Carga DC constante — el sueño de la microrred |
| Plantas de varillas/hojas | ~0.1–0.3 MWh/t Cu | Motores y recalentadores — toda la electricidad |
Los gases de escape se dirigen a la planta de ácido; sin antorchas, solo productos.
¿Por qué no SX/EW (extracción por solventes/electroobtención) aquí?
SX/EW es ideal para óxidos y soluciones de lavado; para sulfuros lo mejor es fundición + ER. Aún así, tenemos líneas "verdes" de lavado para lodos y bajas concentraciones — para contar cada átomo.
Memoria rápida de metales para baterías — Ni, Co, Mn, Li
Química de baterías — buffet. Diseñamos las plantas como bloques Lego: lavado/HPAL o calcinación → MHP o solución → EW/cristalización → sulfatos/hidróxidos. Todo — electricidad. Agua — en circuitos cerrados. Reactivos — inteligentes.
Electricidad por tonelada (orientativa, incluyendo calor electrificado)
| Producto | kWh por tonelada de producto | Notas |
|---|---|---|
| Sulfato de níquel (de laterita por HPAL + EW) | ~3 800–10 200 | EW + e‑vapores HPAL; depende del lugar y del mineral |
| Sulfato de cobalto | ~1 600–4 400 | EW + cristalización |
| Sulfato de manganeso | ~780–2 330 | Cocción/lavado electrificados; "pulido" |
| Hidróxido de litio (de espodumena) | ~3 700–8 300 | Calcinadores eléctricos + cristalizadores |
Los regímenes reflejan la calidad del mineral/salmuera, la parte de procesamiento y cuán agresivamente electrificamos el calor.
Cargas del "Paraíso de DC constante"
- Los marcos de electroobtención (EW) proporcionan DC constante → fácil de amortiguar con acumulación.
- Los cristalizadores y bombas zumban amablemente; desplazamos el tiempo mediante almacenamiento de calor.
- Todo está en la misma microrred solar que el acero, cobre y vidrio (partes 3–5).
¿Y los reactivos?
Estandarizamos en reactivos inofensivos o reciclables (p. ej., bucles de amoníaco, sistemas de sulfato), recolectamos vapores y mantenemos el agua en circuitos cerrados. Los "residuos" se convierten en insumos para los vecinos (p. ej., ácido — para lavado, álcalis — para neutralización).
Escenarios de fábricas calculados previamente
Poblados de aluminio (fundiciones)
| Capacidad | Vid. apkrova | PV min | Almacén de 12 h | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 500 kt/año | ~0.8–1.1 GW | ~4.1–5.6 GWp | ~9.6–13.2 GWh | Coincide con las cifras de la parte 4 |
| 1.0 Mt/metus | ~1.6–2.2 GW | ~8.2–11.3 GWp | ~19–26 GWh | Los ánodos inertes reducen el límite inferior |
PV "min" según Vid.(MW)×5.14 (5,5 PSH, 85% eficiencia). Lo aumentamos para alimentar el laminado y a los vecinos.
Poblados de cátodos de cobre
| Capacidad | Vid. apkrova | PV min | Almacén de 12 h | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Mt/metus | ~280–450 MW | ~1.44–2.31 GWp | ~3.4–5.4 GWh | ER domina, muy uniforme |
| 2.0 Mt/año | ~560–900 MW | ~2.9–4.6 GWp | ~6.8–10.8 GWh | Reabastecemos el taller de ácido, línea de láminas |
Calor de fusión exotérmico: lo dirigimos a redes de vapor y a los vecinos.
Metales para baterías: selección rápida del tamaño de la planta
| Producto | Escala de la planta | Carga eléctrica promedio | PV min | Almacén de 12 h | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| Sulfato de níquel | 100 kt/año | ~50–130 MW | ~260–670 MWp | ~0.6–1.6 GWh | HPAL + EW, calor electrificado |
| Sulfato de cobalto | 50 kt/año | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | Frecuentemente emparejado con Ni |
| Sulfato de manganeso | 300 kt/año | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | Para precursores LMFP/NMC |
| Hidróxido de litio | 100 kt/año | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | Camino electrificado del espodumeno |
Consideramos el calor como un "inquilino" eléctrico (calderas eléctricas, bombas de calor). Las cifras incluyen equivalentes de calor electrificado.
Huellas, agua y vecinos
Huellas típicas
- Aluminio 1 Mt/año: fundición + moldes ~60–100 ha; campo PV 8–11 km² cercano
- Cobre 1 Mt/año: fusión/conversión/ER ~30–60 ha; campo PV 1.4–2.3 km²
- Pueblo de baterías: 20–60 ha por producto; servicios comunes y laboratorios
Agua y aire
- Enfriamiento de ciclo cerrado; lluvia de los "prados" solares — al agua del proceso.
- Los talleres de ácido y los scrubbers "encapsulan" SO₂ y HF en productos, no en el cielo.
- Ruido <85 dBA en la cerca; cintas transportadoras cubiertas; deliberadamente aburrido.
Nuestras minas dejan lagos (parte 1). Nuestros talleres de fusión dejan luz solar. El único "humo" es vapor matutino, que probablemente dirigiremos a la lavandería.
Toque para abrir K&K
El aluminio parece energéticamente demandante — ¿es un problema?
Eso es una ventaja. El aluminio es una batería en forma metálica: la electricidad consumida previamente se convierte en una estructura ligera y inoxidable de un siglo, que se recicla con ~10% de energía. Con una fábrica solar exitosa primero "imprimimos" megavatios, luego fundimos alas.
¿Cómo mantienen limpio el cobre si la fusión es "caliente"?
La fusión de sulfuros es exotérmica — recogemos el calor, convertimos SO₂ en ácido sulfúrico (producto valioso), y todas las sistemas auxiliares funcionan con electricidad. La sala ER — carga DC constante, que adora el sol + acumulación.
¿Los reactivos de los metales de las baterías no son "malignos"?
Elegimos el sentido común (sulfatación, circuitos de amoníaco), cerramos las vías de vapor, reciclamos el agua. Los residuos sólidos son inertes y, cuando es posible, se reutilizan. Si un reactivo no se comporta adecuadamente, no se invita.
¿Pueden estos pueblos vivir junto a las ciudades?
Sí — esa es la idea. Los accionamientos eléctricos, los talleres cerrados y los circuitos cerrados hacen que el vecino de la "industria pesada" sea silencioso. El lago de la parte 1 — un parque después de cinco años.
Siguiente: Megavatios y motores — camiones como baterías rodantes (parte 7). Convertiremos la logística en un almacén de energía y haremos que el patio recuerde a un ballet.