“自然界的天然矿物多是共生，而现实用的金属是以合金形式存在。这项技术利用天然矿物资源，简单与无价物分离后形成的复合化合物，通过热还原技术得到合金或进一步制取多金属粉体，这是对现有轻金属冶金学和合金材料制造的‘颠覆’；而得到的多种轻金属燃料，则是对现有能源的‘颠覆’。” 四川万邦胜辉新能源科技有限公司特聘专家、东北大学冶金学院教授张广立介绍道。

为践行国家创新驱动高质量发展战略，四川大学、西南交通大学、东北大学与四川万邦胜辉新能源科技有限公司携手，不断攻克难题，最终实现了两个“颠覆”。

对材料制造业的“颠覆”

通常来说，如果通过传统工艺从天然轻金属矿物中获得单一纯金属，是需要复杂的工艺流程，且制造成本昂贵；另一方面，由于合金元素物理、化学性质差异较大，如果用单一金属合成制取合金，传统工艺会造成合金金属收率低、力学性能不稳定等情况。

“我们以镁锂合金为例，来说明轻金属合金的制备。金属镁的制备以菱镁矿或白云石为原料，前者采用煅烧氯化电解，后者采用煅烧金属热还原得到粗镁，通过精炼得到99.5%的金属镁，蒸馏后可获得99.99%的镁。金属锂以锂辉石等矿物，通过选矿、硫酸化焙烧、浸出、等工序得到99.5%的碳酸锂，氯化反应转化为氯化锂电解，蒸馏精炼后得到金属锂。镁熔化再加入金属锂，可得到镁锂二元合金，或添加其他合金元素得到多元合金。但由于镁和锂熔点、密度等性质差别大，加之金属锂活泼、易氧化燃烧的特性，往往合金金属收率低，且合金成分不均匀、偏析、力学性能不稳定。同时，用传统电解法制取金属锂，因为氯气的排放、环境污染等原因，需要对生产设备、环境治理投入的资金量大。”张广立说。

针对这种情况，四川万邦胜辉新能源科技有限公司研发的“气态共冷凝法生产镁锂合金”技术，为熔点和密度等差异大的两种或两种以上的金属，制备无偏析的合金寻找到一种新方法。该项技术利用锂盐、白云石、石灰石等为主要原料，采用金属热还原技术成功地生产出不同组分的镁锂合金，并实现产业化。

“这项技术优势突出，经济效益明显，与传统工艺相比，原材料来源广泛，价格低廉，固定资产投资可减少50%，制造成本降低40%，电耗降低50%，避免了氯气的污染，对环境更友好。生产的镁锂母合金含锂量从5%至93%，在常态下利用半连铸技术即可生产国家急需的镁锂、铝锂合金，打破了美国对我国轻金属合金材料的封锁，填补了国内技术空白。”四川万邦胜辉新能源科技有限公司董事长周君介绍，“目前，采用这项技术获得的二元或多元轻金属合金，已轧制成锂电池的富锂电极，有望使锂电池储电能力增加，充放电次数更高，寿命更长，也为航天、航空、行走机械等行业提供了廉价的超轻结构材料。”

对现有能源的“颠覆”

近几年，有国外机构开展了对轻金属燃料的研究，但均集中在用镁粉做轻金属燃料上，这类固体燃料已在航天、航空部分领域得到应用。

据了解，这类固体燃料是利用天然资源，如含有钠、钾、锂、镁等轻金属氯化物的盐类，去无价物等杂质后脱水，采用热还原法生产混合轻金属，再以它们为原料采用雾化法制取轻金属粉体。虽然钠、钾、锂、镁等轻金属的原子结构和化学性质非常接近，在形成矿物时易共生，但采用现有的冶金技术把它们分离开仍比较困难。此外，还有设备投资大、生产效率低、成本高等缺点。

“气态共冷凝法生产镁锂合金”技术避免了以上不足。周君介绍，此项技术在生产过程中可用相同的还原剂，还原出来的金属都是气体，在气相里混合均匀，采用急冷技术得到的为均匀的合金相。当在特定温度时，它们的蒸汽分压有差别，这就为用蒸馏技术除掉无价杂质创造了条件，得到理想的合金组分的气相，再采用急冷技术得到亚稳状态的凝聚相，进而冶炼出优质的大铸件的合金件。这些金属理化性质近似，无限互溶，在成为凝聚相时以化合物和固溶体的形式存在，多元轻金属聚合物的熔点和燃点与单一金属比较，均有很大提高，更方便保存和运输，易被制成燃料块做新能源。

“目前，采用‘气态共冷凝法’制备的镁锂合金粉体材料，产品纯度可达到99%以上，1公斤镁锂合金燃烧可释放出53000千焦以上热量，可应用于固体火箭推进剂、小型热核反应堆、新能源燃料电池等。”周君说。

那用轻金属作为燃料，在能源领域里具有怎样的颠覆性呢？

“与目前使用的气体、液体燃料相比，轻金属粉体燃料便于运输存储、使用更安全、发热值更高。如果做成车辆燃料块，除了更换方便、不再需要依赖加油站加油外，还具有无碳排放、绿色环保等优点。轻金属在地球上的储量巨大、易开采，比如盐湖和海洋中含有的大量盐分，利用它们制成混合轻金属，然后做成粉体或固体燃料，就是未来良好的新能源。”张广立说。

“现阶段，这项技术已完成中试，下一步就要引进合作方实现产业化。”周君希望能够通过“科创会”尽快找到合作伙伴，早日实现成果转化。（本报记者 代俊）