德國發(fā)明新工藝直接用金屬氧化物制取合金
德國研究人員近日在最新一期英國《自然》雜志上報告說,他們發(fā)明了一種新的合金冶煉工藝,能一步到位將固態(tài)的金屬氧化物制成塊狀合金。該技術(shù)不需要提煉金屬后熔融、混合,有助減少溫室氣體排放,節(jié)約能源。
德國馬克斯·普朗克可持續(xù)材料研究所的研究人員以氫氣代替碳作為還原劑,在遠低于金屬熔點的溫度下提取金屬并形成合金,已在實驗中成功制造出低膨脹合金。低膨脹合金由64%的鐵和36%的鎳組成,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)能保持體積基本不變,在工業(yè)上有廣泛用途。
研究人員將氧化鐵和氧化鎳按低膨脹合金所需的比例混合,用球磨機混合均勻后壓制成小圓餅,放入爐中加熱至700攝氏度,通入氫氣。該溫度不足以讓鐵或鎳熔融,但足以讓金屬還原出來。檢測顯示,加工后得到的塊狀金屬具有低膨脹合金的典型特征,并因晶粒尺寸小而有著更好的機械性能。因為成品是塊狀而不是粉末或納米顆粒,所以容易鑄造加工。
傳統(tǒng)的合金冶煉分為三大步驟,先將礦石中的金屬氧化物用碳還原成金屬,金屬脫碳后將不同金屬熔融并混合,然后展開熱機械加工以調(diào)整微結(jié)構(gòu),使合金具有特定性能。這些步驟耗能巨大,而且用碳還原金屬的過程會產(chǎn)生大量二氧化碳,冶金業(yè)的碳排放約占全球總量的10%。
研究人員說,用氫還原金屬的副產(chǎn)物是水,碳排放為零,流程簡單也使新工藝擁有巨大的節(jié)能潛力。不過實驗中使用的氧化鐵和氧化鎳純度較高,以天然礦石為原料的效率如何尚待驗證,而且氫氣本身制取和應(yīng)用成本較高。研究團隊正嘗試提高反應(yīng)溫度以減少氫氣用量,希望進一步降低能耗。