Série: Mineração & materiais • parte 6
Alumínio, cobre e metais raros — veias de poder
O aço — os nossos ossos; alumínio — as nossas asas; cobre — os nossos nervos; e os metais para baterias — os iões que mantêm a vida. Nesta parte, "embrulhamos" o planeta com cabos — com eletricidade limpa, fornos limpos e fábricas que se comportam como vizinhos.
Missão de hoje
Mostrar como produzimos alumínio, cobre e metais para baterias sem fumaça
Publicar cargas, áreas e fluxos de produtos previamente calculados.
Criar as "veias" do mundo, que funcionam a partir da fábrica solar de sementes (parte 3).
Por que estes metais (o sistema nervoso da civilização)
Alumínio torna as estruturas leves, resistentes à corrosão e de transporte rápido. Cobre transporta eletrões elegantemente: motores, transformadores, barramentos. Níquel, cobalto, manganês e lítio ajustam a química das baterias. Na nossa construção, tudo isto — eletricidade da mina ao produto: sem gasóleo, sem carvão.
- Aquecimento elétrico (indução, resistência) substitui queimadores.
- Circuitos fechados recolhem gases e reciclam água.
- Fábrica solar de sementes (parte 3) "imprime" megawatts para tudo.
Alumínio — leve, rápido, infinitamente reciclável
Processo em resumo
- Bauxita → Bayer (extração, lavagem, digestão, precipitação) → alumina
- Alumina → fundição (Hall‑Héroult) com eletricidade limpa (anodos inertes preferidos)
- Fundição: lingotes, placas, ligas de fundição; laminação/extrusão ao lado
Resumo para uma tonelada (orientativo)
| Passo | Eletricidade | Notas |
|---|---|---|
| Refinação de alumínio | ~0.4–1.0 MWh/t Al | Bombas de digestão, calcinadores eletrificados |
| Fusão (células) | ~14–16 MWh/t Al | Menos com anodos inertes e recuperação de calor |
| Fundição/acabamento | ~1–3 MWh/t Al | Forno de indução, filtros |
Fusão de sucata: ~1–1.5 MWh/t (fusão e fundição) — por que adoramos ciclos fechados.
Por que anodos inertes?
Eles eliminam os custos dos ânodos de carbono e os saltos de perfluorocarbonetos, reduzem o CO₂ do processo e simplificam o tratamento de gases. Ainda aplicamos recolha e filtragem completas; o ar ao redor — para pores do sol, não para chaminés.
Cobre — fios, bobinas e calor
Processo em resumo
- Concentrado sulfurado → forno de fusão flash e conversor → ânodos
- Eletrorrefinação (ER) → cátodo 99,99%
- Corrente descendente: laminação de varões, fio esmaltado, barras, folha
Resumo para uma tonelada (orientativo)
| Passo | Eletricidade | Notas |
|---|---|---|
| Fusão/conversão (com auxílio elétrico) | ~0.4–0.8 MWh/t Cu | Forno exotérmico; recuperamos o calor |
| Eletrorrefinação | ~2.0–3.0 MWh/t Cu | Carga DC constante — o sonho da microrede |
| Unidades de varões/folhas | ~0.1–0.3 MWh/t Cu | Motores e recalcinação — toda a eletricidade |
Gases emitidas são direcionadas para a unidade de ácido; sem flare, apenas produtos.
Por que não SX/EW aqui (extração por solvente/eletrogeração)?
SX/EW é ótimo para óxidos e soluções de lavagem; para sulfetos, a fusão + ER é melhor. Ainda assim, temos linhas “verdes” de lavagem para lamas e baixas concentrações — para contar cada átomo.
Resumo rápido dos metais das baterias — Ni, Co, Mn, Li
Química das baterias — buffet. Projetamos fábricas como blocos Lego: lavagem/HPAL ou calcinação → MHP ou solução → EW/cristalização → sulfatos/hidróxidos. Tudo — eletricidade. Água — em circuitos fechados. Reagentes — inteligentes.
Eletricidade por tonelada (orientativa, incluindo calor eletrificado)
| Produto | kWh por tonelada de produto | Notas |
|---|---|---|
| Sulfato de níquel (de laterito via HPAL + EW) | ~3 800–10 200 | EW + e‑vapores HPAL; depende do local e do minério |
| Sulfato de cobalto | ~1 600–4 400 | EW + cristalização |
| Sulfato de manganês | ~780–2 330 | Cozedura/lavagem eletrificada; “polimento” |
| Hidróxido de lítio (de espoduménio) | ~3 700–8 300 | Calcinação elétrica + cristalizadores |
Os regimes refletem a qualidade do minério/salmo, a parte do processamento e o quão agressivamente eletrificamos o calor.
Cargas do “Paraíso DC constante”
- Estruturas de eletrogeração (EW) fornecem DC constante → fácil de amortecer com acumulação.
- Kristalizadores e bombas zumbem educadamente; fazemos o deslocamento temporal através do armazenamento de calor.
- Tudo está na mesma microrede solar que o aço, cobre e vidro (3–5 partes).
E os reagentes?
Padronizamos para reagentes inofensivos ou recicláveis (ex.: laços de amoníaco, sistemas sulfáticos), recolhemos vapores e mantemos a água em circuitos fechados. "Resíduos" tornam-se entradas para os vizinhos (ex.: ácido — para lavagem, base — para neutralização).
Cenários de fábricas pré-calculados
Aldeias de alumínio (fundições)
| Capacidade | Vid. aprovação | PV min | Armazenamento de 12 h | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 500 kt/ano | ~0.8–1.1 GW | ~4.1–5.6 GWp | ~9.6–13.2 GWh | Coincide com os números da parte 4 |
| 1.0 Mt/metus | ~1.6–2.2 GW | ~8.2–11.3 GWp | ~19–26 GWh | Ânodos inertes reduzem o limite inferior |
PV "min" segundo Vid.(MW)×5.14 (5,5 PSH, 85% eficiência). Dimensionamos para alimentar a laminação e os vizinhos.
Aldeias de cátodos de cobre
| Capacidade | Vid. aprovação | PV min | Armazenamento de 12 h | Notas |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 Mt/metus | ~280–450 MW | ~1.44–2.31 GWp | ~3.4–5.4 GWh | ER domina, muito uniforme |
| 2.0 Mt/ano | ~560–900 MW | ~2.9–4.6 GWp | ~6.8–10.8 GWh | Reabastecemos a oficina de ácido, linha de folha |
Calor de fusão exotérmico — direcionamos para redes de vapor e vizinhos.
Metais para baterias — seleção rápida do tamanho da vila
| Produto | Escala da fábrica | Carga média de eletricidade | PV min | Armazenamento de 12 h | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| Sulfato de níquel | 100 kt/ano | ~50–130 MW | ~260–670 MWp | ~0.6–1.6 GWh | HPAL + EW, calor eletrificado |
| Sulfato de cobalto | 50 kt/ano | ~9–25 MW | ~46–129 MWp | ~0.1–0.3 GWh | Frequentemente emparelhado com Ni |
| Sulfato de manganês | 300 kt/ano | ~30–80 MW | ~154–411 MWp | ~0.36–0.96 GWh | Para precursores LMFP/NMC |
| Hidróxido de lítio | 100 kt/ano | ~50–100 MW | ~257–514 MWp | ~0.6–1.2 GWh | Caminho eletrificado do espoduménio |
Consideramos o calor como um "inquilino" elétrico (caldeiras elétricas, bombas de calor). Os números incluem equivalentes de calor eletrificado.
Pegadas, água e vizinhos
Pegadas típicas
- Alumínio 1 Mt/ano: fundição + fundições ~60–100 ha; campo PV 8–11 km² próximo
- Cobre 1 Mt/ano: fusão/conversão/ER ~30–60 ha; campo PV 1,4–2,3 km²
- Vila das baterias: 20–60 ha para cada produto; serviços comuns e laboratórios
Água e ar
- Arrefecimento em ciclo fechado; chuva das "pradarias" solares — para a água do processo.
- Oficinas de ácido e scrubbers "encaixotam" SO₂ e HF nos produtos, não no céu.
- Ruído <85 dBA junto à vedação; transportadores cobertos; intencionalmente aborrecido.
As nossas minas deixam lagos (parte 1). As nossas oficinas de fusão deixam a luz do sol. O único "fumo" — vapor matinal, que provavelmente descarregaremos na lavandaria.
Toque para abrir K&K
"O alumínio parece energeticamente exigente — isso é um problema?"
Isso é uma vantagem. O alumínio é uma bateria em forma metálica: a eletricidade consumida antecipadamente transforma-se numa estrutura leve e inoxidável de um século, que é reciclada com cerca de 10% da energia. Com a fábrica solar fotovoltaica, primeiro "imprimimos" megawatts, depois fundimos as asas.
"Como mantém o cobre limpo se a fusão é "quente"?"
A fusão dos sulfetos é exotérmica — recolhemos o calor, transformamos SO₂ em ácido sulfúrico (produto valioso), e todos os sistemas auxiliares funcionam a eletricidade. A sala ER — carga DC constante, adorando o sol + acumulação.
"Os reagentes dos metais das baterias não são "malignos"?"
Escolhemos o bom senso (sulfatos, circuitos de amoníaco), fechamos as linhas de vapor, reciclamos a água. Resíduos sólidos são inertes e, onde possível, reutilizados. Se o reagente não se comportar adequadamente — não é convidado.
"Podem estas pequenas cidades viver perto das cidades?"
Sim — é exatamente essa a ideia. Transmissões elétricas, oficinas fechadas e circuitos fechados tornam o vizinho da "indústria pesada" silencioso. O lago da parte 1 — um parque em cinco anos.
A seguir: Megavanai e volantes — camiões como baterias em movimento (parte 7). Transformaremos a logística numa reserva de energia e faremos com que o parque pareça um balé.