采矿业部署创新技术以寻找铜和其他电动汽车金属-华尔街日报

由尤素夫·汗2023年7月20日上午1:00 ET|WSJ Pro亚利桑那州梅萨市Urbix工厂的实验室测试。这家初创公司希望到2026年每年生产28,000吨石墨。照片：URBIX INC.矿工们正在转向机器学习、尖端化学和其他创新手段，以增加铜等关键材料的供应，以满足对绿色技术日益增长的需求。

2011年，墨西哥移民、亚利桑那州居民尼科·奎瓦斯意识到特斯拉将需要在美国建造电动汽车所需的石墨电池阳极的来源。幸运的是，他的朋友家族在墨西哥拥有一座手工石墨矿山。不幸的是，它开采的是错误类型的石墨。

十二年后，奎瓦斯成为了位于亚利桑那州梅萨市的创业公司Urbix的首席执行官。该公司利用机器学习来研究如何从各种天然和合成形式的石墨中制造适用于电动汽车电池的均匀石墨阳极。它已经同意向韩国电池和芯片制造商SK On供应其电池所需的石墨。

Urbix是众多美国初创公司之一，它们正在寻找新的关键矿产供应的替代方法，为这些材料的供应日益紧张提供了关键的创新。

政府和公司正在寻找新的关键矿产来源，以满足电动汽车、电池、可再生能源和电气化基础设施日益增长的需求。尽管最近有一系列投资公告，分析师们预测未来几年将出现供应短缺。“如果所有计划中的项目都能实现，这是一个很大的如果，它们可以覆盖未来近三分之一的能源需求，” 国际能源署执行主任法蒂赫·比罗尔说。

中国加工和生产了世界上大部分的关键矿产，引发了地缘政治紧张局势可能切断其对美国制造商的供应的担忧。中国从8月1日开始对镓和锗实施出口限制是最新的例子。然而，政府通过去年的通货膨胀减少法案等法案来支持美国项目，以鼓励国内生产。

矿工一直在寻找新的矿床并投资新的加工设施，但这些努力需要数年甚至数十年才能开始生产。其他人则寻求创新——寻找更新颖的方式来增加产量，甚至从现有的矿山废料中回收材料。

机器学习

机器学习正在证明是增加产量和减少关键矿产加工中碳排放的一种方式。

石墨是一种自然存在的碳形式，其中原子的结构允许能量在电池中被储存和分配，因此被用作锂离子电池的阳极。“阳极像一个海绵，它储存着电池中的能量。你挤压它，能量就会流动，” Cuevas说。

电动汽车行业最常使用片状形式，但Urbix已经测试了50到60个来源。“我们如何创建一个机器学习预测控制模型机制，使该过程能够适应特定的原料来创建相同的最终产品？” Cuevas说。“我们已经为石墨的选定来源创建了通用配方。”

Cuevas说，通过这种基于机器学习的技术，废料大大减少，80%的原料最终用于生产。传统方法通常只能得到三分之一的产量。

Urbix已获得C轮融资，并且已经运行试验工厂。它还在建设商业示范设施。该公司计划从拉丁美洲、马达加斯加、坦桑尼亚和北欧采购石墨，到2026年开始生产28000吨，到2032年开始扩大至320000吨。

生物表面活性剂

另一家创新公司是总部位于俄亥俄州索伦的Locus Fermentation Solutions，该化工公司旨在利用来自酵母等天然来源的生物表面活性剂来增加铜的产量。生物表面活性剂是来自微生物的化学物质，可以破坏给定材料的表面张力。它们通常用于化妆品、医疗保健和杀虫剂。

铜是绿色转型的关键金属之一。电动汽车使用的铜线比汽油车多六倍。图片来源： Luke Sharrett/Bloomberg News通常，铜的加工有两种方式：一种是将碎矿石浸泡在水和化学品的溶液中，使目标矿物浮到表面，另一种是用酸溶解岩石，即所谓的浸出，使矿物浮到表面。Locus表示，在这个过程中引入生物表面活性剂将增加产量。

该公司的采矿和矿物加工副总裁Gabi Knesel表示：“我们通过应用生物表面活性剂来改善矿石回收率。”

Locus表示，其生物表面活性剂比现有化学品更擅长破坏岩石的表面张力并与铜结合。通过在浸泡过程中添加生物表面活性剂和其他化学品，更多的铜会浮到表面，减少浪费。同样，在浸出过程中添加生物表面活性剂有助于破坏溶解岩石的表面，使更多的酸液渗透，从而提取更多的铜。Locus表示，其生物表面活性剂将铜产量提高了7%，并节约能源，因为需要粉碎的岩石更少。该公司还在对其工艺在铁矿石和尾矿废料上进行测试。

铜是绿色转型的关键金属之一。例如，电动汽车使用的铜线比汽油车多六倍。

Knesel表示：“世界正在电气化。采矿公司面临着两方面的压力：他们需要为转型提供足够的材料，同时还面临来自投资者、客户和社区的环保压力。Locus应对了这两方面的压力。”

Locus正在与包括BHP和Glencore在内的主要矿业公司合作，Knesel表示，关键关注点是新技术节省的能源以及增加的产量。

矿山废料

紧急救援人员在2019年巴西布鲁马迪尼奥尾矿坝坍塌后搜寻尸体。现在总部位于马萨诸塞州沃本的初创公司Phoenix Tailings旨在从尾矿中回收稀土。照片：douglas magnoGetty Images关注环境的团体经常谈论矿业废料或所谓的尾矿，而矿业公司则没有那么频繁地提及。尾矿坝的坍塌导致了巨大的灾难：2019年巴西布鲁马迪尼奥尾矿坝的坍塌造成270人死亡，矿主Vale同意支付了70亿美元的赔偿金。即使在没有灾难的情况下，水污染和其他环境问题仍然是一个关注点。

总部位于马萨诸塞州沃本的初创公司Phoenix Tailings看到了废料中的潜力——它旨在从尾矿中回收稀土。“我们希望在生产我们需要的金属的过程中清理世界，”该公司的首席执行官尼古拉斯·迈尔斯说道。“从长远来看，我们需要获得更多的这些金属供应商，尤其是稀土。”

Phoenix发现了尾矿废料不含钍和铀等放射性元素的矿山场地。然后，它开采和处理废料，以回收用于绿色技术（如电动汽车和近海风力涡轮机）的永磁体所需的稀土。根据迈尔斯的说法，利用矿山废料的想法尚未在更广泛的范围内尝试，因此理论上数百个场地可以使用这种方法来回收目标矿物。

“几乎所有的稀土都来自中国，所以这是我们认为可以产生影响的领域，”迈尔斯说。该公司目前在纽约北部有一个试点设施，并表示通过回收加工尾矿留下的物质，实现了零废物生产。

写信给Yusuf Khan，邮箱：[email protected]

刊登于2023年7月21日的印刷版上，标题为“矿工们使用新颖方法寻找关键的电动汽车材料”。