Studie: Hliníkový šrot lze kvalitněji recyklovat bez tavení. Ušetří to spousty energie

18. 12. 2024

Výzkumná studie publikovaná v časopise Nature Communications ukazuje, že hliníkový šrot z toků průmyslového odpadu může produkovat vysoce výkonné kovové slitiny. Recyklovaný hliník funguje na stejné úrovni jako identické materiály vyrobené z primárního hliníku, což naznačuje, že tento přístup může poskytnout nízkonákladovou cestu k uvedení na trh více vysoce kvalitních recyklovaných kovových výrobků. Přeměnou odpadu na vysoce výkonné hliníkové výrobky nová metoda, nazývaná legování v pevné fázi, nejen zlepšuje vlastnosti materiálu, ale také přispívá k udržitelnosti životního prostředí.

"Novinkou naší práce je, že přidáním přesného množství kovových prvků do směsi s hliníkovými třískami jako prekurzorem, jak ji můžete skutečně přeměnit z levného odpadu na vysoce nákladný produkt," řekl Xiao Li, materiálový vědec PNNL a hlavní autor výzkumné studie. "Děláme to v jediném kroku, kde je vše legováno za pět minut nebo méně."

Inovativní proces legování v pevné fázi převádí hliníkový šrot smíchaný s mědí, zinkem a hořčíkem na přesně navržený produkt z vysoce pevné hliníkové slitiny během několika minut, ve srovnání se dny potřebnými k výrobě stejného produktu pomocí konvenčního tavení, odlévání a lisování. Výzkumný tým použil k dosažení svých výsledků techniku patentovanou PNNL nazvanou Shear Assisted Processing and Extrusion nebo ShAPE. Výzkumníci však poznamenali, že zjištění by měla být reprodukovatelná s jinými výrobními procesy v pevné fázi.

V rámci procesu ShAPE vytváří vysokorychlostní rotační matrice tření a teplo, které rozptyluje robustní výchozí přísady do jednotné slitiny se stejnými vlastnostmi jako nově vyrobený hliníkový tvářený výrobek. Přístup v pevné fázi eliminuje potřebu energeticky náročného hromadného tavení, které v kombinaci s levnými surovinami pocházejícími ze šrotu má potenciál výrazně snížit náklady na výrobu těchto materiálů. Pro spotřebitele to znamená, že výrobky z recyklovaného hliníku budou mít delší životnost a lepší výkon při nižších nákladech, ať už jsou součástí vozidla, stavebního materiálu nebo domácího spotřebiče.

Vědecký tým použil jak mechanické testování, tak pokročilé snímky ke zkoumání vnitřní struktury recyklovaných materiálů vyrobených legováním v pevné fázi. Jejich výsledky ukázaly, že slitina ShAPE dodává jedinečnou nanostrukturu na atomární úrovni. Během ShAPE se ve slitině tvoří útvary v atomárním měřítku nazývané Guinier-Prestonovy zóny. Tyto vlastnosti jsou dobře známé tím, že zlepšují pevnost kovových slitin. Ve srovnání s běžným recyklovaným hliníkem je upcyklovaná slitina o 200 procent pevnější a má zvýšenou konečnou pevnost v tahu. Tyto vlastnosti by se mohly promítnout do výrobků s delší životností a lepším účinkem pro spotřebitele.

"Naše schopnost upcyklovat šrot je vzrušující, ale věc, která mě na tomto výzkumu nejvíce vzrušuje, je to, že legování v pevné fázi se neomezuje pouze na slitiny hliníku a nekvalitní suroviny," řekla Cindy Powellová, hlavní vědecká a technologická ředitelka pro energetiku a životní prostředí v PNNL a spoluautorka této studie. "Legování v pevné fázi je teoreticky použitelné pro jakoukoli kombinaci kovů, kterou si dokážete představit, a skutečnost, že výroba probíhá výhradně v pevném stavu, znamená, že můžete začít uvažovat o zcela nových slitinách, které jsme dříve nebyli schopni vyrobit."

Proces legování v pevné fázi by mohl být použit k vytvoření vlastních kovových slitin drátů pro různé technologie 3D tisku, řekl Li.

Zdroj v angličtině: ZDE