O professor associado de metalurgia do MIT, Antoine Allanore, recebeu uma doação de US $ 1,9 milhão do Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável (EERE) do Departamento de Energia dos EUA para realizar testes em maior escala de uma nova maneira de produzir cobre usando eletricidade para separar o cobre do enxofre derretido. minerais baseados, quais são as principais fontes de cobre.

Um dos objetivos principais de Allanore é fazer cobre de alta pureza que pode ir diretamente para a produção de fio de cobre, que está em crescente demanda por aplicações de energia renovável para veículos elétricos. A produção de carros e ônibus elétricos e híbridos deve aumentar de 3,1 milhões de veículos em 2017 para 27,2 milhões em 2027, com um aumento de nove vezes na demanda por cobre de 204, 000 toneladas métricas para 1,9 milhão de toneladas métricas (2,09 milhões de toneladas americanas) no mesmo período, de acordo com um relatório IDTechEx de março de 2017 encomendado pela International Copper Association (ICA).

Em junho de 2017, pesquisadores no laboratório de Allanore identificaram como separar seletivamente cobre puro e outros elementos metálicos do minério de sulfeto em uma única etapa. Seu processo de eletrólise de sulfeto derretido elimina dióxido de enxofre, um subproduto nocivo dos métodos tradicionais de extração de cobre, em vez disso, produzindo enxofre elementar puro.

“Acreditamos que, com nossa tecnologia, poderíamos fornecer a esses fios de cobre menos consumo de energia e maior produtividade, "Allanore diz. Pode ser possível cortar a energia necessária para fazer cobre em 20 por cento.

Em pesquisas anteriores, pós-doutorado Sulata K. Sahu e estudante de graduação Brian J. Chmielowiec '12, minerais ricos em enxofre decompostos em alta temperatura em enxofre puro e extraídos três metais diferentes em pureza muito alta:cobre, molibdênio, e rênio. O processo é semelhante ao processo Hall-Héroult, que usa eletrólise para produzir alumínio, mas opera a uma temperatura operacional mais alta para permitir a produção de cobre líquido.

Atualmente, são necessárias várias etapas para separar o cobre, primeiro esmagamento de minerais de sulfeto, e, em seguida, flutuando para fora das peças de cobre. Este material rico em cobre - concentrado de cobre - é parcialmente refinado em uma fundição, e posteriormente purificado com refino eletrolítico. "A abordagem do professor Allanore funcionaria no concentrado de cobre e tem o potencial de produzir barras de cobre em uma única operação, enquanto separa impurezas indesejadas e recupera subprodutos valiosos que também estão no concentrado, "diz Hal Stillman, diretor de desenvolvimento e transferência de tecnologia da International Copper Association. "A abordagem do professor Allanore é um grande passo; permite uma abordagem completamente nova para o refino de cobre."

Os três anos, O prêmio DOE de $ 1,89 milhões permitirá ao grupo de Allanore fazer um reator maior, produzindo cerca de 10 vezes mais cobre líquido por hora, e para operar o reator por mais tempo, o suficiente para identificar o que acontece com os outros metais que acompanham o cobre, que também são comercialmente importantes.

O esforço de grupo de Allanore começou este ano, e ele espera que forneça os dados necessários para avançar para uma planta piloto dentro de três anos. "Nosso objetivo é estar pronto para fornecer os critérios de design, o material e as condições operacionais de um reator de demonstração de uma tonelada métrica por dia, "Allanore diz." Se tudo der certo, é isso que vamos entregar. "

Os principais desafios técnicos a serem superados são provar a durabilidade do processo por um período de tempo mais longo e verificar a pureza dos metais produzidos no processo. Alguns dos subprodutos da produção de cobre, selênio, por exemplo, são valiosos por si próprios.

“A revolução que estamos propondo é que apenas um reator faria tudo. Ele faria o cobre líquido e nos permitiria recuperar o enxofre elementar, e nos permite recuperar o selênio, "Allanore diz." Estamos usando eletricidade, e os elétrons podem ser muito seletivos, portanto, estamos usando elétrons de uma maneira que permite a separação mais eficiente dos produtos do processo químico. "

A pirometalurgia convencional produz cobre pela queima do minério no ar, requer quatro etapas e produz compostos nocivos como dióxido de enxofre (SO2), que requerem processamento secundário em ácido sulfúrico. O lote inicial de cobre também requer processamento adicional. "Ele deixa para trás o metal de cobre com muito enxofre e muito oxigênio, demais para a produção de fio direto downstream, "Allanore diz.

O novo método de eletrólise de sulfeto derretido do laboratório Allanore lida melhor com traços de metais e outras impurezas de elementos que vêm com o cobre, permitindo a separação de vários elementos em alta pureza do mesmo processo de produção. "Portanto, podemos repensar o processo de fabricação de fios de cobre, "Allanore diz.

"O essencial é fornecer ao setor - empresas de mineração, empresas de fundição e produtores de cobre existentes - alguns dados que mostram o que acontece em operações mais longas e em maior escala, "Allanore diz.

A International Copper Association conduziu uma Avaliação do Ciclo de Vida que identificou várias áreas onde a indústria do cobre pode melhorar sua pegada ambiental. O estudo indica que a indústria precisa continuar reduzindo as emissões de dióxido de enxofre no local e obter eletricidade de fontes mais ecológicas. O projeto de Allanore é relevante para essas duas questões. "Se desenvolvido e implantado, tem o potencial de diminuir a demanda de energia, operar inteiramente com energia renovável, e reduzir as emissões de dióxido de enxofre, "Stillman diz o diretor de tecnologia da ICA." Além disso, pode separar impurezas indesejadas e recuperar subprodutos valiosos do concentrado. Agora mesmo, a evidência técnica que está criando empolgação é uma demonstração de princípio em pequena escala. É ótimo que o EERE tenha fornecido o financiamento inicial necessário para explorar o potencial. Se o processo funcionar em grande escala, pode ser o tipo de abordagem revolucionária que a indústria está buscando. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.