Seria: Księgowanie & materiały • część 6
Aluminium, miedź i metale rzadkie — żyły mocy
Stal — nasze kości; aluminium — nasze skrzydła; miedź — nasze nerwy; a metale do baterii — jony podtrzymujące życie. W tej części „owijamy" planetę przewodami — z czystą energią, czystymi piecami i fabrykami, które zachowują się jak sąsiedzi.
Dzisiejsza misja
Pokazać, jak produkujemy aluminium, miedź i metale do baterii bez dymów
Ogłosić wcześniej obliczone obciążenia, powierzchnie i przepływy produktów.
Stworzyć „żyły" świata, działające od słonecznej fabryki nasion (część 3).
Dlaczego te metale (układ nerwowy cywilizacji)
Aluminium czyni konstrukcje lekkimi, odpornymi na korozję i szybko transportowanymi. Miedź elegancko przenosi elektrony: silniki, transformatory, szyny. Nikiel, kobalt, mangan i lit dostrajają chemię baterii. W naszej budowie wszystko to — elektryczność od kopalni do produktu: bez diesla, bez węgla.
- Ogrzewanie elektryczne (indukcja, opór) zastępuje palniki.
- Zamknięte obiegi zbierają gazy i przetwarzają wodę.
- Fabryka nasion słonecznych (część 3) „drukuje" megawaty na wszystko.
Aluminium — lekkie, szybkie, nieskończenie przetwarzalne
Proces w skrócie
- Boksyt → Bayer (wydobycie, płukanie, trawienie, sedymentacja) → alumina
- Alumina → odlewnia (Hall‑Héroult) z czystą energią elektryczną (preferowane anodki inertne)
- Odlewnia: półfabrykaty, blachy, stopy odlewnicze; walcowanie/ekstruzja obok
Notatka na tonę (orientacyjna)
| Krok | Elektryczność | Uwagi |
|---|---|---|
| Rafinacja aluminium | ~0,4–1,0 MWh/t Al | Pompy trawienne, elektryfikowane kalcynatory |
| Topienie (celki) | ~14–16 MWh/t Al | Mniej z anodami inertnymi i odzyskiem ciepła |
| Odlewanie/wykańczanie | ~1–3 MWh/t Al | Piece indukcyjne, filtry |
Topienie złomu: ~1–1,5 MWh/t (topienie i odlewanie) — dlaczego kochamy zamknięte cykle.
Dlaczego anodki inertne?
Eliminują zużycie anod węglowych i skoki perfluorowęglowodorów, zmniejszają CO₂ procesu i upraszczają obróbkę gazów. Nadal stosujemy pełny odbiór i filtrację; powietrze wokół — na zachody słońca, nie do kominów.
Miedź — przewody, uzwojenia i ciepło
Proces w skrócie
- Koncentrat siarczkowy → piec błyskawiczny i konwerter → anody
- Elektrorafineria (ER) → katoda 99,99%
- W dół rzeki: walcowanie prętów, emaliowany drut, szyny, folia
Notatka na tonę (orientacyjna)
| Krok | Elektryczność | Uwagi |
|---|---|---|
| Topienie/konwersja (z pomocą elektryczności) | ~0.4–0.8 MWh/t Cu | Piec egzotermiczny; odzyskujemy ciepło |
| Elektrorafineria | ~2.0–3.0 MWh/t Cu | Stałe obciążenie DC — marzenie mikrosieci |
| Zakłady prętów/folii | ~0.1–0.3 MWh/t Cu | Silniki i wygrzewanie — cała elektryczność |
Spaliny kierujemy do zakładu kwasowego; bez flar, tylko produkty.
Dlaczego tu nie SX/EW (ekstrakcja rozpuszczalnikowa/elektrowytwarzanie)?
SX/EW świetnie nadaje się do tlenków i roztworów wypłukiwania; dla siarczków najlepiej topienie + ER. Mamy jednak „zielone“ linie wypłukiwania dla szlamów i niskich stężeń — aby każdy atom się liczył.
Szybka ściągawka metali baterii — Ni, Co, Mn, Li
Chemia baterii — bufet. Projektujemy fabryki jak klocki Lego: wypłukiwanie/HPAL lub kalcynacja → MHP lub roztwór → EW/krystalizacja → siarczany/wodorotlenki. Wszystko — elektryczność. Woda — w obiegach zamkniętych. Reagenty — inteligentne.
Elektryczność na tonę (orientacyjna, w tym elektryfikowane ciepło)
| Produkt | kWh na tonę produktu | Uwagi |
|---|---|---|
| Siarczan niklu (z lateritu przez HPAL + EW) | ~3 800–10 200 | EW + e‑pary HPAL; zależy od lokalizacji i rudy |
| Siarczan kobaltu | ~1 600–4 400 | EW + krystalizacja |
| Siarczan manganu | ~780–2 330 | Pieczenie/wypłukiwanie elektryfikowane; „polerowanie“ |
| Wodorotlenek litu (z spodumenu) | ~3 700–8 300 | Elektryczne kalcynatory + kristalizatory |
Reżimy odzwierciedlają jakość rudy/solanki, udział przetwarzania i to, jak agresywnie elektryfikujemy ciepło.
Obciążenia „stałego DC raju“
- Ramki elektrowytwórcze (EW) dają stałe DC → łatwe buforowanie akumulacją.
- Kristalizatory i pompy szumią uprzejmie; przesunięcie czasowe robimy przez magazynowanie ciepła.
- Wszystko siedzi w tym samym mikrosieci słonecznej co stal, miedź i szkło (3–5 części).
A reagenty?
Standaryzujemy do nieszkodliwych lub nadających się do recyklingu reagentów (np. pętle amoniaku, systemy siarczanowe), zbieramy parę i utrzymujemy wodę w zamkniętych obiegach. „Odpady" stają się wkładami dla sąsiadów (np. kwas — do płukania, zasada — do neutralizacji).
Wstępnie obliczone scenariusze fabryk
Miasteczka aluminium (odlewnie)
| Moc | Vid. apkrova | PV min | 12 godz. magazyn | Uwagi |
|---|---|---|---|---|
| 500 kt/rok | ~0.8–1.1 GW | ~4.1–5.6 GWp | ~9.6–13.2 GWh | Zgadza się z liczbami z części 4 |
| 1.0 Mt/metus | ~1.6–2.2 GW | ~8.2–11.3 GWp | ~19–26 GWh | Anody inercyjne obniżają dolną granicę |
PV „min“ według Vid.(MW)×5.14 (5,5 PSH, 85% sprawności). Zwiększamy, aby zasilić walcowanie i sąsiadów.
Miasteczka katodów miedzianych
| Moc | Vid. apkrova | PV min | 12 godz. magazyn | Uwagi |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Mt/metus | ~280–450 MW | ~1.44–2.31 GWp | ~3.4–5.4 GWh | ER dominuje, bardzo równomierne |
| 2.0 Mt/rok | ~560–900 MW | ~2.9–4.6 GWp | ~6.8–10.8 GWh | Uzupełniamy kwasownię, linię folii |
Ciepło topnienia egzotermiczne — kierujemy je do sieci parowej i sąsiadom.
Metale do baterii — szybki wybór wielkości miasteczka
| Produkt | Skala fabryki | Śr. obciążenie elektryczne | PV min | 12 godz. magazyn | Uwagi |
|---|---|---|---|---|---|
| Siarczan niklu | 100 kt/rok | ~50–130 MW | ~260–670 MWp | ~0.6–1.6 GWh | HPAL + EW, elektryfikowane ciepło |
| Siarczan kobaltu | 50 kt/rok | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | Często łączony z Ni |
| Siarczan manganu | 300 kt/rok | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | Dla prekursorów LMFP/NMC |
| Wodorotlenek litu | 100 kt/rok | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | Elektryfikowana droga spodumenu |
Ciepło traktujemy jako elektrycznego "najemcę" (E‑kotły, pompy ciepła). Dane obejmują ekwiwalenty elektryfikowanego ciepła.
Ślady, woda i sąsiedzi
Typowe ślady
- Aluminium 1 Mt/rok: huta + odlewnie ~60–100 ha; pole PV 8–11 km² obok
- Miedź 1 Mt/rok: topienie/konwersja/ER ~30–60 ha; pole PV 1,4–2,3 km²
- Miasteczko baterii: 20–60 ha na każdy produkt; wspólne media i laboratoria
Woda i powietrze
- Chłodzenie w obiegu zamkniętym; deszcz z „łąk“ słonecznych — do wody procesowej.
- Hale kwasowe i scrubbery „zamykają“ SO₂ i HF w produktach, nie w powietrzu.
- Hałas <85 dBA przy ogrodzeniu; przenośniki osłonięte; celowo nudne.
Nasze kopalnie zostawiają jeziora (część 1). Nasze huty pozostawiają światło słoneczne. Jedyny „dym“ — poranna para, którą najprawdopodobniej skierujemy do pralni.
Stuknij, aby otworzyć K&K
„Aluminium wydaje się energetycznie wymagające — czy to problem?“
To — zaleta. Aluminium — bateria w formie metalicznej: wcześniej zużyta energia zamienia się w lekką, nierdzewną konstrukcję na stulecia, którą można przetworzyć za ~10% energii. Z fabryką słoneczną najpierw „drukujemy“ megawaty, potem odlewamy skrzydła.
„Jak utrzymujecie czystość miedzi, jeśli topienie jest „gorące“?“
Topienie siarczków jest egzotermiczne — zbieramy ciepło, SO₂ przekształcamy w kwas siarkowy (wartościowy produkt), a wszystkie systemy pomocnicze napędzamy elektrycznie. Hala ER — stałe obciążenie DC, kochające słońce + akumulację.
„Czy reagenty metali baterii nie są „złośliwe“?“
Wybieramy zdrowy rozsądek (pętle siarczanowe, amoniakowe), zamykamy ścieżki pary, oczyszczamy wodę. Stałe odpady są obojętne i tam, gdzie to możliwe, wykorzystywane. Jeśli reagent nie zachowuje się przyzwoicie — nie jest zapraszany.
„Czy takie miasteczka mogą żyć obok miast?“
Tak — dokładnie taki pomysł. Napędy elektryczne, zamknięte hale i zamknięte obiegi czynią sąsiada „przemysłu ciężkiego" cichym. Jezioro z części 1 — park za pięć lat.
Dalej: Megawaty i koła zamachowe — ciężarówki jak jeżdżące akumulatory (część 7). Logistykę zamienimy w magazyn energii i sprawimy, że plac przypominać będzie balet.