النحاس المتقدم: هل يمكن أن يسهم الابتكار في تلبية الطلب المتزايد؟

يوجد خمسة وستين ميلًا شرق مدينة توكسون التي تم تجنيدها من الشمس، أريزونا، في منجم النحاس التاريخي، معسكر جونسون. نشطًا وإيقاف تشغيله منذ سبعينيات القرن الماضي، يتم إحياء المنجم استجابةً لسوق النحاس المزدهر.

عندما يتم استخراج المواد في المنجم، سيتم فصلها إلى أكوام مختلفة؛ النحاس أكسيد في كومة واحدة والنحاس الكبريتيد الأساسي في آخر. سيتم إرسال السابق إلى جزء واحد من وسادة Leach Come لتخفيف الأكسيد التقليدي باستخدام Hydrometallurgy. سوف تتسرب الكبريتيدات باستخدام تقنية جديدة تم تطويرها على مدار ثلاثة عقود من قبل ريو تينتو.

سيكون Johnson Camp، الذي تديره الآن Gunnison، مسرحًا لأول مرة في التجربة الصناعية لإثبات فعالية التكنولوجيا-وهو معلم رئيسي منذ أن أطلقت ريو تينتو مشروعًا جديدًا يسمى Nuton لتطويرها في عام 2021. بعد تثبيت التكنولوجيا في أغسطس، من المتوقع النحاس الأول بحلول نهاية عام 2025.

مقاربات جديدة للمشاكل القديمة

يعد خام الكبريتيد الأساسي، الذي يهيمن عليه النحاس ترحيل إلى chalcopyrite المعدني، أكثر أنواع خام النحاس وفرة في العالم. عادة ما يتم سحقها وطحنها تنتج تركيز تعويم. ثم يتم صهر تركيز التعويم هذا باستخدام عملية Pyrometallurgical كثيفة الحرارة، مما يلقي النحاس إلى أنودس النحاس الخام، والتي يتم بعد ذلك المكررة الكهربائية لإنتاج منتج نحاسي نقي.

ومع ذلك، تستخدم عملية Nuton ثقافة فريدة من الكائنات الحية الدقيقة التي تمت إضافتها إلى الخام. تتكاثر هذه البكتيريا، وتسخير الطاقة من أكسدة المعادن في الصخور لتنمو وتساعد في وقت واحد في ترشيح النحاس، مما يحقق معدل استرداد يصل إلى 85%. التهوية والمياه المحمض تدعم العملية من خلال المعالجة اللاحقة لحلول Leach التي تنتج كاثود النحاس النقي بنسبة 99%.

Bioleaching هي مجرد واحدة من عدة طرق جديدة تم تصميمها لاستخراج المزيد من النحاس من الألغام الجديدة والحالية – بما في ذلك النحاس الذي كان يعتبر غير اقتصادي سابقًا بسبب انخفاض الدرجات أو الرواسب الصغيرة – بشكل أكثر استدامة وبسرعة أكبر لتلبية الطلب المتزايد.

تتنبأ وكالة الطاقة الدولية بنقص بنسبة 30% في إمدادات النحاس، وهو مكون رئيسي في شبكات الكهرباء، بحلول عام 2035 إذا لم يتم القيام بأي شيء. هذا يعارض توقعًا أوسع من تحقيق صفر صفر، سينمو الطلب النحاسي من 25 مليون طن (MT) في 2021 إلى 31.3MT بحلول عام 2030.

في معسكر جونسون، تتمثل الخطة في تحسين تكنولوجيا Nuton حتى يمكن تبنيها على نطاق تجاري عبر مجموعة تضم حوالي عشر شراكات، كانت Nuton تسمم.

يقول آدم بورلي، الرئيس التنفيذي، الذي عمل في ريو تينتو لأكثر من 20 عامًا: “يبدو الأمر وكأنه لحظة خاصة”. “من خلال البيانات والتحليلات و AI، هناك قدرة هائلة على تقييم أداء التكنولوجيا بسرعة وتشغيل سيناريوهات مختلفة حول ظروف التشغيل وكيفية تطبيقها وضبطها – لم نتمكن من القيام بذلك قبل 30 عامًا.”

ربما أبرزها أن التكنولوجيا لا تتطلب مركبة في معالجة الكبريتيدات الأولية، مما يجعلها أرخص بكثير وتتطلب بصمة أصغر بكثير.

يوضح بورلي: “قد يكون من الصعب السماح المكثفات، فهي أكثر كثافة في المياه وتنتج تركيزًا يحتاج إلى تصديره للتخلي عن المنتج النهائي”. “يقدم Nuton حلاً اقتصاديًا عالي الاستخدام، والذي يحتمل أن يكون قابلاً للمقارنة مع التركيب، ولكن مع استخدام أقل للأراضي واستهلاك المياه لإنتاج كاثود نحاسي نهائي يمكن، جزئيًا، استهلاكه محليًا.” هذا احتمال يمكن أن يقلل من الاعتماد المفرط على الصين، الذي ينتج 40% من النحاس.

التوقع الحالي هو أن النفقات الرأسمالية الإجمالية ونفقات التشغيل من bioleaching ستكون أيضًا أقل، حيث يتوقع أن يكون الانتعاش النحاسي من الكبريتيدات الأولية أعلى (على الرغم من أن هذا قد يختلف). ومع ذلك، فإن أحد عيب هذا النوع من التكنولوجيا هو أنه إذا كانت القاعدة تحمل مستويات تجارية من المنتجات الثانوية، مثل الذهب، لا يمكن للعملية استرداد كليهما حاليًا.

المحركون والهزازون الآخرون في النحاس

وفي الوقت نفسه، استثمرت BHP Billiton في شركة Ceibo بدء التشغيل التشيلي، وهي شركة بدأت كشركة تخفيف الغبار ولكنها انتقلت إلى استخراج النحاس بعد اكتشاف فرصة. بدلاً من استخدام عمليات التعليم الحيوي-والتي لا تعتبرها “قابلة للتحكم”-طورت CEIBO تفاعلات كهروكيميائية تحفز الأكسدة في خامات الكبريتيد الأولية. هذه عملية أسرع وأنظف لاستخراج كبريتيدات النحاس، وفقًا للشركة.

في أوائل يونيو، أعلنت Ceibo عن تسليم أول كاثودات النحاس من مصنع مظاهر في موقع منجم في شمال تشيلي المملوكة لوكالة المخابرات المركزية. مينيرا سان جيرونيمو. يقول مستشار التسويق Radhika Iyer إنه يمكن استخدام التكنولوجيا مع درجات خام منخفضة و chalcopyrite.

“يمكن أن تمدد عملية Ceibo عمر المنجم، وأقل كثافة في رأس المال، ولديها بصمة أصغر وتكلفة مخفضة مقارنة ببناء مركبة وتكرير”، يوضح Iyer.

يتم تحجيم هذه التكنولوجيا حاليًا، بما في ذلك بالتعاون مع Glencore، وتم اختبارها على 50 خامًا مختلفًا.

في الولايات المتحدة، فإن Endolith، برئاسة البروفيسور ليز دينيت، مثل Nuton، تطوير التكنولوجيا التي تستخدم الميكروبات – “أقدم عمال المناجم في الأرض” كما تضعها – لإنتاج النحاس.

وتقول إن Dennett لديها درجة الدكتوراه في علم الفلك وعملت في ناسا النظر في كيف يمكن للحياة الميكروبية أن تؤكسد وتقليل الحديد والكبريت – جوهر ما يحدث في ارتباطات الحرارة.

في مايو، وصل Endolith إلى علامة فارقة عندما أظهر ارتفاعًا كبيرًا في استرداد النحاس من خامات الكبريتيد منخفضة الدرجة أثناء الاختبار في ظروف المجال المحاكاة. الاختبارات المستخدمة العينات التي توفرها BHP.

يقول دينيت، الذي كان يعمل سابقًا كمهندس معماري رئيسي في منصات AWS Building Cloud، بالإضافة إلى نائب رئيس في Wood McKenzie، إن التكنولوجيا تستخدم “الذكاء المنطقي”.

“نحن نقوم بتقييم المجتمعات الميكروبية مع تشخيصات في الوقت الفعلي للحصول على أقصى استفادة من الخامات ذات الدرجة المنخفضة مثل الكالكوبايرايت والكبريتيدات المختلطة التي يصعب تحديها بشكل متزايد”، يوضح دينيت.

توجد الميكروبات في حاوية شحن ويمكن توصيلها بالأنظمة الحالية. تستعد Endolith، التي تعمل مع ستة منتجين للنحاس، لإطلاق أول عمليات نشر ميدانية لها.

الفرصة تنتظر

هناك العديد من الشركات الأخرى التي تعمل على توسيع نطاق التقنيات الناشئة المماثلة، بما في ذلك Destiny Copper، لا تزال مشرقة، Jetti Resources و Kofiln، والتي تتحدث إلى الفرصة الكبيرة التي حددها السوق.

يقول جاك كينيدي، وهو مستثمر للمناخ والتعدين في مصنع المؤسسين – شريك في برنامج مسرع ريو تينتو، بالإضافة إلى مستثمر في إندوليث – إن التعدين هو صناعة سعة 2 دولار مع القليل من الاستثمار حتى الآن حتى أن إمكانات هذه التقنيات مهمة.

يقول: “يمكن لكل واحد أن يتقاطع في المستقبل ويعمل معًا، الأمر الذي سيكون مثيرًا للاهتمام للغاية بالنسبة لنا. إنه سوق كبير وكبير”.

إذا ثبت بنجاح على نطاق واسع، فقد تكون هذه التقنيات في استخدام واسع النطاق بحلول نهاية العقد. ومع ذلك، كانت هناك انتكاسات: قام Freeport-McMoran، المستثمر المبكر في Jetti، بالشراكة مع بدء التشغيل في منجم El Abra في تشيلي، لكنه لم يعد يستخدم تقنية الشركة، بدلاً من متابعة خاصة به.

يقول دينيت إن أحد أكبر التحديات التي تواجهها الشركات الناشئة هي الفوز بجامعة التعدين.

وتقول: “هناك هذه الأمواج هي ديناميكية للغاية، فقد انخفضت درجات الخام من حوالي 3 ٪ منذ قرن إلى 0.7 ٪ الآن؛ نحن بحاجة إلى التأكد من أن تقنيتنا يمكن أن تتعامل مع خامات الشوائب العالية باستخدام تركيزات أعلى من المياه المالحة أو المياه المالحة، والتي يمكن أن تزدهر هذه الميكروبات في أي ظروف”.

ومع ذلك، فإن Dennett صعودية، ليس فقط إمكانات Endolith ولكن أيضًا منافسيها.

“هذا هو” موجة المد والجزر الصاعدة جميع السفن “، لأنه إذا كنت تنظر في مقدار النحاس الذي نحتاجه بحلول عام 2050، ستكون هناك حاجة إلى كل هذه التقنيات؛ إذا تمكنا من الذهاب إلى المناجم بالفعل في الإنتاج واستخراج 90 ٪ أو أكثر من النحاس، فسيقلل من بصمة التعدين إلى الحد الأدنى،” يضيف Dennett. “

تعظيم الانتعاش من مناجم النحاس الموجودة

يقول راندي سمولوود، الرئيس والمدير التنفيذي للمعادن الثمينة ويتون، في محاولة لزيادة ما يمكن استخلاصه من منجم حالي “منطقي في العالم”.

“يجب أن تركز الصناعة على التدابير بما في ذلك التكنولوجيا والكفاءة التي يمكن أن تزيد من ما يتم استخلاصه من الألغام الحالية وكذلك خفض [environmental] التأثير حيثما كان ذلك ممكنًا. بعض ذلك يأتي من التكنولوجيا وبعضها من الأطر التنظيمية [allowing mine expansion]”

هذا جزء من الأخلاقيات وراء جائزة Wheaton’s 1M للمستقبل لتحدي التعدين للابتكار، كما يقول.

يقول: “كل ما يرجع إلى ذلك هو منتج أكثر مع تأثير أقل، في محاولة لتقليل تحميل الكربون أو تحسين أو زيادة كمية النحاس التي تم استردادها”.

يوافق إريك سادرهولم، المدير الإداري للاستكشاف، أمريكان باسيفيك، الذي عمل في صناعة النحاس لمدة أربعة عقود، على هذه التقنيات “تحقق من معظم الصناديق”.

“العالم [currently] ينتج حوالي 25 مليون طن من النحاس سنويًا وهذا غير مستدام [to meet demand if you are] فقط باستخدام الصهر التقليدي والخامات ذات الدرجة العالية التي تمر بالصراخ. سيملأ Bioleaching فجوة ضرورية في الطلب العالمي. على وجه الخصوص، سيفتح الأبواب للودائع الأصغر في جميع أنحاء العالم والتي يمكن استغلالها بسرعة نسبية.”

<!– –>