銅

脱炭素化は最大の課題の一つです 21世紀の。 2015 年、世界中の政府は地球温暖化を 2℃ に抑えるという目標を掲げ、拘束力のある目標を定めることを約束しました。 この目標の達成は、炭化水素を再生可能電源に置き換えるのに役立つ、広範囲にわたる電化の急速な展開に大きく依存しています。 そして、商品全体にわたるイノベーションは、鉱山会社がこれらの課題に対応する上で重要な役割を果たすことになります。

この記事は、Scott Crooks、Jonathan Lindley、Dawid Lipus、Richard Sellschop、Eugéne Smit、Stephan van Zyl による共同作業であり、マッキンゼーの金属および鉱山業務からの見解を表しています。

そのような商品の 1 つは銅であり、これはこのプロセスに不可欠な成分です。 実際、電化により、年間の銅需要は 2031 年までに 3,660 万トンに増加すると予測されています。再稼働、特定または可能性の高いプロジェクト、およびリサイクル生産に基づく現在の供給予測では、3,010 万トン、さらに 650 万トンの銅需要が見込まれます。容量 (さらに 20%) はまだ見つかっていません。

しかし、粗大粒子の回収、硫化物の浸出、機械学習によるプロセスの最適化などの新しい新興技術の導入により、そのギャップのかなりの部分が埋まる可能性があります（図表 1）。 商業化と普及への障害は簡単ではありません。この記事で示されている数値は、予測ではなく、可能性を最大限に発揮した推定値です。 しかし、技術的手段は、解決策の一部として新しい鉱山開発と並行して認識されるべきです。

銅ヘッドのグレードの低下傾向は確立されており、逆転する可能性は低いです。 同様に、濃縮機を必要とせず、資本集約度の低いルートで処理できる酸化鉱石体も枯渇しつつあります。 鉱業は、増え続ける硫化鉱石を処理することでこれらの課題に対応してきました。 実際、過去 10 年間で、選鉱場に送られる鉱石の量は 11 億トン増加し、44% の増加に相当します。

解析この記事は、MineSpans によって実現されました。MineSpans は、採掘事業者と投資家に堅牢なコスト曲線、商品の需要と供給のモデル、個々の鉱山の詳細なボトムアップ モデルを提供するマッキンゼー独自のソリューションです。

銅に関しては、MineSpans は 390 の一次銅鉱山と 170 の二次鉱山に関する鉱山レベルのデータを提供し、300 以上の活発な開発プロジェクトを追跡しています。

それにもかかわらず、エネルギー転換に必要な銅を従来の方法で供給するには、鉱山労働者はこの偉業を再度繰り返す必要があり、2031 年までに処理される鉱石の量はさらに 44 パーセント増加することになります（補足記事「研究について」を参照）。 追加で必要な 16 億トンの鉱石のうち、6 億トンは最近発表された鉱山または拡張によって供給可能です。 しかし、年間10億トンのギャップが残っています。 採掘中の鉱石からより多くの金属を抽出することが不可欠です。

粗大粒子の回収、硫化物の浸出、機械学習によるプロセスの最適化という 3 つの技術開発が業界全体で受け入れられ拡大しており、供給ギャップの橋渡しに有意義に貢献できます。

従来の硫化物浮遊選鉱回路は、粒子のサイズが 50 ～ 150 ミクロンの場合に、スラリーから金属含有粒子を回収するのに最も効果的です。1 ミリメートルの 1,000 分の 1 に相当します。 この範囲を上回るか下回ると、回収率は大幅に低下し、粗大粒子回収率の低下率が最も急になります (図表 2)。

商業化と普及への障害は簡単ではありません。この記事で示されている数値は、予測ではなく、可能性を最大限に発揮した推定値です。 しかし、テクノロジーの活用は解決策の一部として認識されるべきです。

微細粒子と粗粒子の両方について許容可能な粒径範囲を拡大することを目的とした技術があります。 最も興味深い最近の開発は、粗大部分を対象としたものである。

粗大留分中の金属を回収することは、20 世紀初頭に浮選分離が初めて商業的に応用されて以来、浮選冶金学者の目標でした。 ほとんどの開発は、より多くの回収可能な金属が臨界範囲内に収まるように、研削プロセスの制御を改善することに焦点を当てていました。 しかし、このアプローチは自然な限界に達しつつあり、ますます複雑化する再粉砕システムを構築するためにスループットの低下や設備投資の増加という犠牲を伴うことがよくあります。

2 つの開発ラインは、このダイナミクスを超える可能性をもたらします。研削回路の粗加工と粗大粒子の除去です。

研削回路の荒加工、 CiDRA P29 システムなど 2 は、浮遊選鉱回路の末端でのスカベンジャーの役​​割にも使用できます。 粉砕回路から粒子を直接回収することでこの課題に対処します。 このシステムは、いわゆる銅スポンジとして機能する革新的な新素材の開発に基づいており、浮選中に浮遊させるのと同じ疎水性特性に基づいて石化粒子を引きつけて保持します。 さらに下流で効果を発揮するシステムとは異なり、粉砕回路粗加工では、ボールミルの再循環負荷を直接削減できる可能性があり、一定の粉砕サイズでボールミルのスループットを 20% も増加させることができます。

オペレーターは、ボールミルの効率向上による利益をどのように得るかを決定する必要があります。これは、スループットを向上させるチャンス、または粉砕サイズを縮小して一定のスループットで回収率を高める機会とみなすことができます。 最適な選択は、鉱体の特性と処理プラントの既存の構成によって異なります。 しかし、P29 によって引き出される精鉱をさらに洗浄するための余裕や、他の一般的なシステムのボトルネックを考慮したとしても、研削回路の粗加工により、2032 年までに年間銅生産量が 120 万から 460 万トン増加する可能性があります。これらの生産量の増加に加えて、それに比例して、金属 1 トンあたりのエネルギー消費量を削減することは、環境に大きなメリットをもたらす可能性があります。

銅の追加生産による環境への影響の増加も限定的である可能性が高く、重大な経済的価値の創造を意味する可能性があります。 潜在的な生産量の増加が、予測市場価格 (追加の処理コストを差し引いた) で評価されながら、同様の生産プロセスを使用して硫化鉱石から生産されるすべての金属にわたって拡大される場合、3 1 トンあたり 10,000 ドルの銅価格と、その他のさまざまな予測範囲に基づきます。硫化物系金属。 年間 200 億ドルから 850 億ドルの価値プールが出現します。

粗大粒子除去回路の終端に機器を追加することで、浮遊選鉱中の粒子サイズの範囲を拡大することに重点を置いています。 一例として、エリーズのハイドロフロート システムがあります。4これは、材料が浮遊選鉱回路に入る前の研削回路の荒削りの役割にも使用できます。 これは、密度分離と浮選という 2 つの従来の分離技術の背後にある原理を組み合わせたものです。 従来の浮遊選鉱では、鉱石スラリーに気泡が導入され、その時点で気泡が鉱物を含む粒子に付着してタンクの上部に持ち上げられ、すくい取ることができる金属の豊富な泡が生成されます。 ただし、鉱石の粒子が粗くなると、それらがすくい取られる前に気泡を振り落としてスラリーに沈んでしまう可能性が高くなります。 ハイドロフロートは、粗大粒子の沈降を防ぐ層をセル内に導入することでこの問題に対処し、それによって粒子の回収の可能性を高めます。

この技術の影響については、処理プラントの最後でスカベンジャーとして使用され、粉砕サイズが一定であると仮定し、サイト固有の要因に応じて回収率を 2 ～ 6% 向上させることができました。 業界全体に適用される粗粒子浮遊選鉱の改善により、2032 年までに銅の年間生産量がさらに 50 万から 150 万トン増加する可能性があります。硫化物鉱床で見つかったすべての金属に適用された場合、この技術は 90 億ドルから 260 億ドルの価値創造の可能性を示します。 1年当たり。

粉砕回路粗引きと粗粒子浮選の利点は、稼働中の濃縮装置を増強して回収率とスループットを向上させるという主な役割を超えて広がります。 まず、これらの技術によって生み出される粗大粒子の耐性の向上は、同じ生産目標を達成しながら水とエネルギーの消費量を削減する機会を意味します。 第二に、粉砕回路粗引きと粗粒子浮遊選鉱は、古い尾滓施設を再処理し、耐用年数が終了に近い採掘作業のためのその他のブラウンフィールド拡張を経済的に行う可能性を開き、低い資本コストと環境コストで、規制上の不確実性を軽減しながら生産を拡大します。 最後に、これらのテクノロジーは、グリーンフィールド鉱山の設計を再考する機会を与え、同じ生産のための研削回路要件を削減し、それによって資本要件と水とエネルギーの使用量を節約します。

浸出ベースの技術は伝統的に酸化物または二次硫化鉱体に適用されてきました。 しかし、最近の開発により、この処理経路を一次硫化物鉱体まで拡張することができます。

一次硫化物は通常、浮遊選鉱ベースのシステムを使用して工場で処理されます。 浮遊選鉱は一般に、単一商品鉱山の平均的な銅グレードとして 0.25 パーセントを超える銅のレベルを含む鉱石に対して経済的です。 特に多額の副産物収入に支えられている場合、カットオフグレードは低くなることがよくあります。 浮遊物は 85 ～ 90 パーセント回復します。 このグレードより低い鉱石は通常、廃棄物として廃棄されます。 しかし、一次硫化物浸出は、現在ミルヘッドグレード以下で廃棄物と考えられている材料から銅を回収する道を提供します。

いくつかの異なる技術により、一次硫化物の浸出領域が開拓されています。 塩化物ベースのソリューションに焦点を当てている企業もあれば、リオ ティントの Nuton システムなど、バイオリーチングに焦点を当てている企業もあります。 Kennecott やその他の施設での試験における技術的な結果は有望であると伝えられているが、Nuton は採用したビジネスモデルの革新でも注目に値する。6ダニエル・グリーソン、「リオ・ティントのニュートンは浸出する研究開発遺産を活用する準備ができている」、インターナショナル・マイニング、10月14日2022年。従来の硫化物浮遊選鉱と比較して環境上の利点と鉱山開発に必要な資金が少ないことを利用して、リオ・ティントはマキューエン・マイニングやアリゾナ・ソノラなどの後進企業と、グリーンフィールド鉱山開発にニュートン技術を使用する契約を締結した。

大手鉱山会社内での開発を超えて、独立系サービスプロバイダーである Jetti Resources は鉱山所有者と協力して、触媒ベースのシステムを使用して現場で一次硫化物を浸出させています。 2022 年 12 月、Jetti はさまざまな大手鉱山会社と協力した 23 件のアクティブなプロジェクトを報告しました。 2022年10月に行われた1億ドルのシリーズD資金調達ラウンドでは、同社の価値は25億ドルと評価され、大手鉱山会社や製造会社の参加を集めた。

ヒープリーチパッドの建設と運用に関する実際的な制限により、この技術の適用は、まず尾鉱や既存の鉱化廃棄物ではなく、鉱山から出た鉱化廃棄物に限定される可能性があります。 商業化に至るまでにはまだカバーすべき余地があります。 しかし、現在の障壁が10年末までに克服されれば、2032年までにさらに年間240万トンの精銅生産が可能となり、現在の浮遊選鉱に比べて水の使用量と尾鉱のリスクプロファイルが低くなる可能性がある。生産経路。 これは、すべての硫化物系金属全体で年間 450 億ドルのチャンスとなる可能性があります。

鉱物処理の重要な課題の 1 つは、すべての鉱体がある程度変化することです。 加工プラントに供給される鉱石の特性は日ごとに、場合によっては時間ごとに変化し、プロセス設定にさまざまな方法で対応します。 したがって、生成される精鉱の必要な純度を確保しながら、最も多くの金属を回収する最適なプラント構成を維持することは、依然として永遠の課題です。

従来、プラント構成の調整は、学術研究、専門的な経験、および特定の鉱体に関する知識を組み合わせた植物冶金学者の仕事でした。 人間が管理する他のプロセスと同様に、人間の要因は結果に大きな影響を及ぼし、その結果、優れた結果が得られるだけでなく、次善の意思決定によって生産が失われることもありました。

過去 5 年間にわたる機械学習とその鉱物加工制御への応用の開発により、厳密さと一貫性がさらに高まりました。7この応用の詳細については、Red Conger、Harry Robinson、Richard Sellschop の「Inside a mining company's AI」を参照してください。クラス最高のアプリケーションは、経験豊富なプラント オペレータの中心的な役割を維持する傾向がありますが、オペレータが行動するためのプロンプトとデータも提供します。 人間が最新情報を常に把握できるようにすることで、機械学習と AI が提供できる速度と一貫性を確保しながら、意思決定が全体像に焦点を当て、純粋にアルゴリズムに依存しないようにすることができます。

加工プラントがその能力の上限範囲で一貫して稼働していることを保証することで、機械学習は金属回収率を 2 ～ 4%、スループットを 5 ～ 15% 増加させることができます。 このような改善により、2032年までに既存および計画されている鉱山からの世界的な精製銅の生産量が50万トンから100万トンに増加し、すべての硫化物精鉱装置全体で年間90億ドルから180億ドルの価値が生み出されることになる。

これらの機会の可能性を最大限に活用するために、関係者が実行できるアクションは数多くあります。

大手鉱山会社にとって、粗大粒子の回収、硫化物の浸出、機械学習によるプロセスの最適化などの前述の新技術は、社内の革新グループの重要性と潜在的な貢献を強調しています。 このような役割は、漸進的な改善をはるかに超える可能性があり、最良の場合、将来の成長の原動力として探査や資本プロジェクトと並んでおり、これらのテクノロジーを有望な試験運用から標準的な業界慣行に移行させるための鍵となる可能性があります。 大手マイナーは、業界全体から最高のアイデアを確実に活用できるように、後輩やサービスプロバイダーと協力する柔軟で機敏な方法を模索し続けることもできます。

さらに、これらのテクノロジーはブラウンフィールド開発の重要性を再確認します。 環境負荷を低減し、地域社会の生計を継続することで、この分野の利益を最大化できる可能性は依然として魅力的です。 商品価格が上昇し、テクノロジーによって可能性が高まるにつれて、生産を完全に停止した工場でも再び経済的価値を生み出すことができるようになります。

ジュニア、サービスプロバイダー、研究機関に対して、大手鉱山会社はビジネスにオープンであり、パートナーを探し、機会を創出しています。 このようにして、大手企業は大規模なプロジェクトへのアクセスを提供し、マイニング技術のユニコーン企業の成長をサポートできます。

これらのテクノロジーは、グリーンフィールド プロジェクトに新しいオプションも提供します。 「未来の鉱山」では、研削回路粗引き技術に基づいて、同じ生産量を得るのに必要なボールミルの能力がはるかに低くなり、資本要件、水の使用量、および CO2 排出量が削減される可能性があります。 同様に、硫化物浸出は、以前は資本集約的な精鉱装置の建設を必要としていた低品位の銅鉱床の開発に、低資本支出で段階的にアプローチできる可能性をもたらします。 このアプローチにより、特にリスク資本と回収期間が重要な投資基準となる高リスク分野において、金預金でよく使用されるものと同様の増分開発モデルが可能になります。 同様に、一部の採掘は受け入れられるが、巨大プロジェクトに取り組むかどうかは分からない地元コミュニティにとって、漸進的な鉱山開発経路の選択肢は魅力的になる可能性があります。

金属の購入者にとって、エネルギー転換に必要な金属が直面する供給制約は気が遠くなるように見えるかもしれませんが、新しい鉱物加工技術は、人間の創意工夫と市場経済がそれを提供する方法を見つける傾向があることを示しています。 しかし、これは消極的な楽観主義を招くものではありません。買い手は可能な限り資金を提供し、技術的な進歩を促進することで、サプライチェーンと協力する役割を担っています。 これには、慎重な分析と業界のトレンドを常に把握する必要があります。

世界の電化が進むにつれ、銅の需要を満たすことが難しくなります。 しかし、革新的な新しい採掘技術と加工技術により、希望はあります。 鉱山経営者から開発者、金属購入者に至るまで、業界全体の関係者は、これらの新技術の実装をサポートし、さらなる革新を図るために今日から行動を起こすことができます。 そうすれば、人類に将来に必要な重要な資源を提供できる可能性があります。

スコット・クルックスマッキンゼーのロンドン事務所のコンサルタントです。ジョナサン・リンドリースタンフォードオフィスのコンサルタントです。リチャード・セルショップシニアパートナーです。ダウィド・リパスヴロツワフ事務所のコンサルタントです。ユージン・スミスデンバーオフィスのパートナーです。 そしてステファン・ファン・ジルバンクーバーオフィスのパートナーです。