Транспорт: Медь используется в большинстве видов транспорта, таких как самолеты, поезда, грузовики и автомобили. В среднем автомобиль использует около 22,5 кг меди в виде двигателей, проводов, тормозов, подшипников, разъемов и радиаторов. ⁴  В более современных устройствах, таких как бортовые компьютеры, системы спутниковой навигации и устройства безопасности, также используется медь. Медный никель используется в лодках и кораблях из-за его коррозионной стойкости и противообрастающих свойств. Электрические и гибридные транспортные средства, самолеты и высокоскоростные поезда следующего поколения еще больше полагаются на медь, чем более ранние версии, учитывая их более сильную зависимость от электроники.

Промышленность: Медь необходима для высокоэффективных двигателей, трансформаторов и генераторов. Он также используется для изготовления шестерен, подшипников и лопаток турбин. Его можно найти в теплообменных материалах, сосудах под давлением и чанах. Гребные винты, нефтяные платформы и береговые электростанции, подверженные воздействию морской среды, также сильно зависят от меди. ^5,6,7

На Азию приходится 69% мирового потребления меди, за ней следуют Европа (18%) и Северная Америка (10%). Только на Китай приходится 50% мирового спроса на медь, что обусловлено крупными инвестициями страны в инфраструктуру. ⁸

Какова динамика спроса и предложения?

Спрос на медь тесно связан с глобальной экономической активностью. Поскольку на Азию приходится 69% мирового потребления меди, спрос со стороны развивающихся экономик, таких как Китай и Индия, значительно влияет на общий спрос на металл. Еще одним важным драйвером меди является жилищная промышленность США.

Новые источники спроса появляются в результате таких важных тем, как возобновляемые источники энергии, электромобили и развитие инфраструктуры. Например, для выработки солнечной энергии требуется около 5 кг меди на киловатт вырабатываемой энергии, что примерно вдвое больше, чем для производства обычной энергии. Для электромобиля требуется около 89 кг меди, что почти в четыре раза больше, чем для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. ^9,10

Несмотря на обильные запасы, иногда возникают сбои из-за забастовок и стихийных бедствий в крупных производственных регионах, таких как Южная Америка. Возможность использования заменителей меди, ставшая возможной благодаря развитию технологий, может негативно сказаться на спросе на этот металл. Например, алюминий все чаще используется вместо меди в силовых кабелях, электрооборудовании и холодильниках, а сталь и титан могут использоваться в качестве теплообменников. ¹¹

Международная исследовательская группа по меди (ICSG) прогнозирует, что мировое производство рафинированной меди вырастет на скромные 2,5% в 2018 году. Закрытие крупных плавильных заводов и сокращение производства на заводах в Чили, Японии и США привели к снижению уровня производства в 2017 году. Тем не менее, в 2018 году ожидается рост производства, поскольку производство на этих объектах возобновится, а Китай нарастит свои мощности.

Ожидается, что спрос на медь вырастет на 2% в 2018 году, главным образом за счет развития инфраструктуры в крупных странах, таких как Индия, Китай и США. Синхронизированный глобальный экономический рост в 2018 году также должен поддержать спрос. В целом ожидается, что в 2018 году спрос немного превысит предложение9.0023 12

Как инвестировать в медь?

Как и в случае со многими товарами, существует множество инвестиционных подходов к получению доступа к металлу, каждый из которых имеет свои собственные потенциальные преимущества и компромиссы. Вот несколько распространенных подходов:

• Физическая медь: Инвестор может купить медные слитки непосредственно у торговца металлами. Однако складирование большого количества меди может привести к значительным затратам на хранение и страхование.
• Медные компании: Инвестиции в обыкновенные акции компаний, занимающихся добычей, разведкой или переработкой меди, могут косвенно влиять на изменение цен на медь. Доходность может быть обусловлена ​​и другими факторами, такими как динамика цен на побочные продукты добычи меди, специфические деловые риски и геополитическая напряженность, которые могут снизить доходность.
• Фьючерсы на медь: Фьючерсы позволяют инвесторам делать ставки на цену меди на определенную дату. Однако, как и другие товарные фьючерсы, фьючерсы на медь сопряжены с риском контанго, когда будущие цены, как правило, превышают текущие спотовые цены, что со временем может привести к упадку инвестиций.

Связанные ETF

COPX : ETF Global X Copper Miners предоставляет инвесторам доступ к широкому кругу компаний по добыче меди по всему миру.

Новый способ добычи меди | Новости Массачусетского технологического института

Исследователи Массачусетского технологического института определили правильную температуру и химическую смесь для селективного отделения чистой меди и других металлических микроэлементов от минералов на основе серы с помощью электролиза расплава. Этот одностадийный экологически чистый процесс упрощает производство металлов и устраняет токсичные побочные продукты, такие как диоксид серы.

Постдоктор Сулата К. Саху и аспирант Брайан Дж. Хмеловец ’12 разложили богатые серой минералы на чистую серу и извлекли три различных металла очень высокой чистоты: медь, молибден и рений. Они также подсчитали количество энергии, необходимой для запуска процесса экстракции.

Электролизная ячейка представляет собой замкнутую цепь, похожую на батарею, но вместо производства электроэнергии она потребляет электроэнергию для разделения соединений на их элементы, например расщепления воды на водород и кислород. Такие электролитические процессы являются основным методом производства алюминия и используются в качестве последнего этапа удаления примесей при производстве меди. Однако, в отличие от алюминия, для медьсодержащих сульфидных минералов не существует прямых процессов электролитического разложения с получением жидкой меди.

Исследователи Массачусетского технологического института нашли многообещающий метод образования жидкой металлической меди и газообразной серы в своей ячейке из электролита, состоящего из сульфида бария, сульфида лантана и сульфида меди, который дает более 99,9% чистой меди. Эта чистота эквивалентна лучшим современным методам производства меди. Их результаты опубликованы в статье Electrochimica Acta под руководством старшего автора Антуана Алланора, доцента кафедры металлургии.

Одноэтапный процесс

«Это одностадийный процесс, просто разложите сульфид на медь и серу. Другие предыдущие методы состоят из нескольких шагов», — объясняет Саху. «Принимая этот процесс, мы стремимся снизить стоимость».

Медь пользуется растущим спросом для использования в электромобилях, солнечной энергии, бытовой электронике и других целях повышения энергоэффективности. Большинство современных процессов извлечения меди сжигают сульфидные минералы в воздухе, что приводит к образованию диоксида серы, вредного загрязнителя воздуха , который необходимо улавливать и перерабатывать, но новый метод производит элементарную серу, которую можно безопасно повторно использовать, например, в удобрениях. Исследователи также использовали электролиз для получения рения и молибдена, которые часто встречаются в сульфидах меди в очень малых количествах.

Новая работа основана на опубликованном в 2016 году Журнале Электрохимического общества  документе, предлагающем доказательства электролитической экстракции меди, авторами которых являются Самира Соханваран, Санг-Квон Ли, Гийом Ламботт и Алланор. Они показали, что добавление сульфида бария к расплаву сульфида меди подавило электрическую проводимость сульфида меди настолько, чтобы извлечь небольшое количество чистой меди из высокотемпературной электрохимической ячейки, работающей при 1105 градусах Цельсия (2021 по Фаренгейту). Соханваран сейчас работает научным сотрудником в канадской компании Natural Resources-Canmet Mining; Ли — старший научный сотрудник Корейского научно-исследовательского института атомной энергии; а Ламботт сейчас старший инженер-исследователь в Boston Electrometallurgical Corp.

«Эта статья была первой, в которой было показано, что можно использовать смесь, в которой предположительно электронная проводимость доминирует над проводимостью, но на самом деле это не 100 процентов. Есть крошечная ионная фракция, которая достаточно хороша для производства меди», — объясняет Алланор.

«Новый документ показывает, что мы можем пойти дальше и сделать его почти полностью ионным, то есть уменьшить долю электронной проводимости и, следовательно, повысить эффективность производства металла», — говорит Алланор.

Эти сульфидные минералы представляют собой соединения, в которых металл и элементы серы имеют общие электроны. В расплавленном состоянии у ионов меди отсутствует один электрон, что придает им положительный заряд, в то время как ионы серы несут два дополнительных электрона, что придает им отрицательный заряд. Желаемой реакцией в электролизере является образование атомов элементов путем добавления электронов к металлам, таким как медь, и отнятия электронов у серы. Это происходит, когда дополнительные электроны вводятся в систему приложенным напряжением. Ионы металлов реагируют на катоде, отрицательно заряженном электроде, где они приобретают электроны в процессе, называемом восстановлением; тем временем отрицательно заряженные ионы серы реагируют на аноде, положительно заряженном электроде, где они отдают электроны в процессе, называемом окислением.

В ячейке, в которой использовался, например, только сульфид меди, из-за его высокой электронной проводимости дополнительные электроны просто протекали бы через электролит, не взаимодействуя с отдельными ионами меди и серы на электродах, и не происходило бы разделения. Исследователи Allanore Group успешно идентифицировали другие сульфидные соединения, которые при добавлении к сульфиду меди изменяют поведение расплава, так что ионы, а не электроны, становятся первичными носителями заряда в системе и, таким образом, обеспечивают желаемые химические реакции. С технической точки зрения, добавки увеличивают ширину запрещенной зоны сульфида меди, поэтому он больше не является электропроводящим, объясняет Хмеловец. Доля электронов, участвующих в реакциях окисления и восстановления, измеряемая в процентах от общего тока, то есть общего потока электронов в клетке, называется его фарадеевской эффективностью.

Удвоение эффективности

Новая работа удваивает эффективность электролитического извлечения меди, указанную в первой статье, которая составляла 28 процентов с электролитом, в котором к сульфиду меди добавлялся только сульфид бария, до 59 процентов во второй статье с как сульфид лантана, так и сульфид бария добавляют к сульфиду меди.

«Демонстрация того, что мы можем проводить фарадеевские реакции в жидком сульфиде металла, является новшеством и может открыть дверь для изучения многих различных систем», — говорит Хмеловец. «Это работает не только с медью. Мы смогли получить рений, и мы смогли сделать молибден». Рений и молибден являются промышленно важными металлами, которые находят применение, например, в двигателях реактивных самолетов. Лаборатория Allanore также использовала электролиз расплава для производства цинка, олова и серебра, но возможны свинец, никель и другие металлы, предполагает он.

Количество энергии, необходимое для запуска процесса разделения в электролизере, пропорционально фарадеевскому КПД и напряжению в ячейке. Для воды, которая была одним из первых соединений, выделенных электролизом, минимальное напряжение ячейки или энергия разложения составляет 1,23 вольта. Саху и Хмеловец определили напряжение ячейки в своей ячейке как 0,06 вольта для сульфида рения, 0,33 вольта для сульфида молибдена и 0,45 вольта для сульфида меди. «Для большинства наших реакций мы применяем 0,5 или 0,6 вольта, так что три сульфида вместе восстанавливаются до металла, рения, молибдена и меди», — объясняет Саху. При рабочей температуре элемента и приложенном потенциале от 0,5 до 0,6 вольта система предпочитает разлагать эти металлы, потому что энергия, необходимая для разложения как сульфида лантана — около 1,7 вольт, так и сульфида бария — около 1,9вольт — сравнительно намного выше. Отдельные эксперименты также доказали способность селективно восстанавливать рений или молибден без восстановления меди на основе их разной энергии разложения.

Промышленный потенциал

Важные стратегические и товарные металлы, включая медь, цинк, свинец, рений и молибден, обычно встречаются в сульфидных рудах и реже в оксидных рудах, как в случае с алюминием. «Что обычно делается, так это сжигание их на воздухе, чтобы удалить серу, но при этом вы делаете SO ₂ [двуокись серы], и никто не имеет права выбрасывать ее прямо в воздух, поэтому они должны ее каким-то образом улавливать. Есть много капитальных затрат, связанных с улавливанием SO ₂ и преобразованием его в серную кислоту», — объясняет Хмеловец.

Ближайший промышленный процесс к электролитическому извлечению меди, который они надеются увидеть, — это производство алюминия с помощью электролитического процесса, известного как процесс Холла-Эру, в результате которого образуется расплавленный металлический алюминий, который можно непрерывно выпускать. «В идеале процесс должен быть непрерывным, — говорит Хмеловец. «Итак, в нашем случае вы должны поддерживать постоянный уровень жидкой меди, а затем периодически выпускать ее из электролизера. Для алюминиевой промышленности было затрачено много инженерных усилий, поэтому мы надеемся, что это удастся».

Саху и Хмеловец проводили свои эксперименты при температуре 1227°С, что примерно на 150°С выше точки плавления меди. Это температура, обычно используемая в промышленности для извлечения меди.

Дальнейшие улучшения

Системы электролиза алюминия работают с 95-процентным фарадеевским КПД, поэтому есть возможности для улучшения по сравнению с заявленным исследователями 59-процентным КПД. По словам Саху, чтобы повысить эффективность своих ячеек, им может потребоваться модифицировать конструкцию ячеек, чтобы извлекать большее количество жидкой меди. Электролит также можно дополнительно настроить, добавив сульфиды, отличные от сульфида бария и сульфида лантана. «Нет единого решения, которое позволило бы нам это сделать. Это будет оптимизация для увеличения масштаба», — говорит Хмеловец. Эта работа продолжается.

34-летняя Саху получила докторскую степень по химии в Мадрасском университете в Индии. 27-летний Хмеловец, студент второго курса докторантуры и научный сотрудник Salapatas в области материаловедения и инженерии, получил степень бакалавра в области химического машиностроения в Массачусетском технологическом институте в 2012 году и степень магистра в области химического машиностроения в Калифорнийском технологическом институте в 2014 году. работа над высокотемпературными расплавленными материалами, в том числе недавние прорывы в разработке новых формул для прогнозирования полупроводимости в расплавленных соединениях и демонстрация расплавленного термоэлектрического элемента для производства электроэнергии из промышленного сбросного тепла. Allanore Group ищет патент на некоторые аспекты процесса экстракции.

Новая и значительная работа

«Используя интеллектуальный дизайн химического процесса, эти исследователи разработали очень новый способ производства меди», — говорит Рохан Аколкар, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Ф. Алекса Нейсона в Case. Western Reserve University, который не участвовал в этой работе. «Исследователи разработали процесс, который включает в себя многие ключевые ингредиенты — это более чистый, масштабируемый и простой одноэтапный процесс производства меди из сульфидной руды».

«С технологической точки зрения авторы осознают необходимость повышения эффективности процесса при сохранении внутренней чистоты производимой меди», — говорит Аколкар, посетивший лабораторию Allanore в конце прошлого года. «Если технология будет развиваться дальше и ее технико-экономические показатели будут выглядеть благоприятными, то она может обеспечить потенциальный путь для более простого и чистого производства металлической меди, что важно для многих приложений». Аколкар отмечает, что «качество этой работы отличное. Исследовательская группа Allanore в Массачусетском технологическом институте находится на переднем крае, когда речь идет о продвижении исследований электролиза расплавленных солей».

Профессор химического машиностроения Рочестерского университета Джейкоб Йорне говорит: «Существующие процессы экстракции включают в себя несколько этапов и требуют больших капиталовложений, поэтому дорогостоящие усовершенствования запрещены.