El profesor asociado de metalurgia del MIT, Antoine Allanore, recibió una subvención de $ 1.9 millones de la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable (EERE) del Departamento de Energía de EE. UU. Para realizar pruebas a mayor escala de una nueva forma de producir cobre utilizando electricidad para separar el cobre del azufre derretido. minerales a base, que son las principales fuentes de cobre.

Uno de los objetivos principales de Allanore es fabricar cobre de alta pureza que pueda utilizarse directamente en la producción de alambre de cobre. que tiene una demanda creciente de aplicaciones desde energías renovables hasta vehículos eléctricos. Se espera que la producción de automóviles y autobuses eléctricos e híbridos aumente de 3,1 millones de vehículos en 2017 a 27,2 millones en 2027, con un aumento de nueve veces en la demanda de cobre de 204, 000 toneladas métricas a 1,9 millones de toneladas métricas (2,09 millones de toneladas estadounidenses) durante el mismo período, según un informe de IDTechEx de marzo de 2017 encargado por la Asociación Internacional del Cobre (ICA).

En junio de 2017, Los investigadores del laboratorio de Allanore identificaron cómo separar selectivamente el cobre puro y otros elementos metálicos del mineral de sulfuro en un solo paso. Su proceso de electrólisis de sulfuro fundido elimina el dióxido de azufre, un subproducto nocivo de los métodos tradicionales de extracción de cobre, en lugar de producir azufre elemental puro.

"Creemos que con nuestra tecnología podríamos proporcionar estos alambres de cobre con un menor consumo de energía y una mayor productividad, "Dice Allanore. Puede ser posible reducir la energía necesaria para producir cobre en un 20 por ciento.

En investigaciones anteriores, postdoctorado Sulata K. Sahu y estudiante de posgrado Brian J. Chmielowiec '12, descompuso minerales ricos en azufre a alta temperatura en azufre puro y extrajo tres metales diferentes con una pureza muy alta:cobre, molibdeno, y renio. El proceso es similar al proceso Hall-Héroult, que utiliza la electrólisis para producir aluminio, pero opera a una temperatura de operación más alta para permitir la producción de cobre líquido.

En la actualidad, se necesitan varios pasos para separar el cobre, primer triturado de minerales de sulfuro, y luego flotando las partes que contienen cobre. Este material rico en cobre, el concentrado de cobre, se refina a continuación parcialmente en una fundición, y purificado adicionalmente con refinado electrolítico. "El enfoque del profesor Allanore funcionaría con el concentrado de cobre y tiene el potencial de producir varilla de cobre en una sola operación mientras separa las impurezas no deseadas y recupera los subproductos valiosos que también se encuentran en el concentrado". "dice Hal Stillman, director de desarrollo y transferencia de tecnología de la Asociación Internacional del Cobre. "El enfoque del profesor Allanore es un gran paso; permite un enfoque completamente nuevo para refinar el cobre".

El de tres años, La adjudicación de $ 1.89 millones del DOE permitirá al grupo de Allanore fabricar un reactor más grande, produciendo aproximadamente 10 veces más cobre líquido por hora, y hacer funcionar el reactor durante más tiempo, suficiente para identificar qué sucede con los otros metales que acompañan al cobre, que también son comercialmente importantes.

El esfuerzo grupal de Allanore comenzó este año, y espera que proporcione los datos necesarios para pasar a una planta piloto dentro de tres años. "Nuestro objetivo es estar preparados para proporcionar los criterios de diseño, el material y las condiciones de funcionamiento de un reactor de demostración de una tonelada métrica por día, "Dice Allanore." Si todo tiene éxito, eso es lo que entregaremos ".

Los desafíos técnicos clave a superar son demostrar la durabilidad del proceso durante un período de tiempo más largo y verificar la pureza de los metales que se fabrican en el proceso. Algunos de los subproductos de la producción de cobre, selenio, por ejemplo, son valiosos por derecho propio.

“La revolución que estamos proponiendo es que solo un reactor haría todo. Haría el producto de cobre líquido y nos permitiría recuperar azufre elemental, y nos permite recuperar el selenio, ", Dice Allanore." Estamos usando electricidad, y los electrones pueden ser muy selectivos, por lo que estamos usando electrones de una manera que permite la separación más eficiente de los productos del proceso químico ".

La pirometalurgia convencional produce cobre quemando el mineral en el aire, requiere cuatro pasos y produce compuestos nocivos como el dióxido de azufre (SO2) que requieren un procesamiento secundario en ácido sulfúrico. El lote inicial de cobre también requiere un procesamiento adicional. "Deja atrás metal de cobre con demasiado azufre y demasiado oxígeno, demasiado para la producción de alambre directo aguas abajo, "Dice Allanore.

El nuevo método de electrólisis de sulfuro fundido de Allanore lab maneja mejor los metales traza y otros elementos impurezas que vienen con el cobre, permitiendo la separación de múltiples elementos con alta pureza del mismo proceso de producción. "Por lo tanto, podemos repensar el proceso de fabricación de alambres de cobre, "Dice Allanore.

"La parte esencial es brindarle al sector:empresas mineras, empresas de fundición existentes y productores de cobre existentes:algunos datos que muestran lo que sucede en operaciones más largas y a mayor escala, "Dice Allanore.

La Asociación Internacional del Cobre realizó una Evaluación del Ciclo de Vida que identificó varias áreas donde la industria del cobre puede mejorar su huella ambiental. El estudio indica que la industria necesita continuar reduciendo las emisiones de dióxido de azufre en el sitio y obtener su electricidad de fuentes que sean más amigables con el medio ambiente. El proyecto de Allanore es relevante para ambos temas. "Si se desarrolla y se implementa, tiene el potencial de disminuir la demanda de energía, operar íntegramente con energía renovable, y reducir las emisiones de dióxido de azufre, "Dice Stillman, director de tecnología de ICA." Además, puede separar impurezas no deseadas y recuperar valiosos subproductos del concentrado. Ahora, la evidencia técnica que está creando entusiasmo es una demostración de prueba de principio a pequeña escala. Es fantástico que EERE haya proporcionado los fondos iniciales necesarios para explorar el potencial. Si el proceso funciona a mayor escala, podría ser el tipo de enfoque revolucionario que busca la industria ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.