德國發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，他們發明了一種新的合金冶煉工藝，能一步到位將固態的金屬氧化物制成塊狀合金。該技術不需要提煉金屬后熔融、混合，有助減少溫室氣體排放，節約能源。

德國馬克斯·普朗克可持續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，在相當大的溫度范圍內能保持體積基本不變，在工業上有廣泛用途。

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整微結構，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生大量二氧化碳，冶金業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物是水，碳排放為零，流程簡單也使新工藝擁有巨大的節能潛力。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用成本較高。研究團隊正嘗試提高反應溫度以減少氫氣用量，希望進一步降低能耗。