【中国观察2025年05月27日讯】鉴于当代科技对于锂电池相关产品需求持续增长，而生产锂电池所需的镍、钴和锂等金属，则需要耗费大量能源和容易造成环境污染。这次，德国的科学家开发一种高效镍金属提炼方法，能显着降低污染与耗能。
除了锂电池之外，不锈钢与其它合金在日常生活用品、制船业、基础设施、运输系统中被广泛应用，而它们均需使用大量镍金属。另外，镍金属还具有铁磁性、氧化缓慢与耐腐蚀性等特性，被用于永磁体、合金和一些高温合金上。
有报告预估，至2040年人们对于镍的需求量将增长至600万吨，原因在于基础设施和运输系统电气化程度不断地提高。然而，从低品质镍矿（占当前镍总储量的60%）提炼镍金属，所需耗费的能源和产生的二氧化碳为高品质镍矿的数倍，引发一些人的担忧。
由于传统镍矿提炼过程，涉及煅烧、冶炼、精炼等多个阶段，皆耗能巨大。为追求生产效益，工厂大多会选用高品质镍矿石，原因是低品质镍矿石里面的镍含量不仅少，且富含硅酸镁、硫、铁、铝、黏土等大量杂质，导致提炼过程中所需的能源、化学试剂和成本均大幅增加。
这次，拥有100多年历史的德国马克斯普朗克学会永续材料研究所（MPI-SusMat）研究人员开发一种节能、低碳且高效的新方法，该方法不仅绕过传统的镍（Ni）矿提炼过程，还能从那些容易被忽略的低品质镍矿石（高杂质红土镍矿）中，快速萃取出镍铁合金。
该研究成果于4月30日发表到《自然》杂志上，共获得1.8万次观看和10多家科技新闻媒体报导。
研究团队利用“氢等离子体熔融还原法”（HPSR）取代传统的碳基还原工艺，使反应炉中的低品质镍矿石中的晶体结构，分解成更简单的铁、镍离镁、氧和氧化硅离子物质，整个过程无需任何催化剂，仅需要加入氩气（Ar）和少量氢气（H2）即可完成还原工作。
“氢等离子体熔融还原法”是一种通过电弧或高频电场将氢气进行电离，过程中数千摄氏度的氢离子体，会将金属矿石中的金属氧化物还原成液态金属，便于分离和收集，因此常用于提取矿石中的铁、镍等金属，其副产物为水蒸气。
随后在反应炉中，同时进行冶炼、还原和精炼过程，形成“单一冶金步骤”。该方法提炼过程只需要2到4分钟，即可将高杂质红土镍矿石还原成杂质少、纯度高的镍铁合金（其镍含量可达44wt%、铁含量55wt%、硅含量少于0.04wt%、磷含量约0.01wt%、钙含量少于0.09wt%）。
此外，该种方法不仅可以减少84%的二氧化碳排放量，还能使用再生电力和氢气进行驱动，能源效率整体提高18%。同时拓宽可用镍矿范围，使低品质镍矿开采更具成本效益和永续性，并促进运输业电气化发展进程。
研究人员表示，这些经过还原的高纯度镍合金，可直接用于不銹钢、磁铁合金生产上，无需额外耗能的精炼处理。若进一步精炼这些高纯度镍合金，可直接用作锂电池电极材料。另外，还原过程中产生的炉渣，还可制成建筑业常用的砖块和水泥。
他们还表示，新的提炼方法也适用于提炼钴金属，该金属目前被广泛用于电动车和储能系统。他们计划下一步优化生产流程与规模，让该技术能够实际应用于工业上，同时也让低品质镍矿能得到更广泛的利用。
该论文的第一作者、永续材料研究所博士研究员乌拜德‧曼苏尔（Ubaid Manzoor）对该协会的新闻室解释道，“如果我们继续以传统方式生产镍并用于电气化，这方式只是在转移问题而不是解决问题。”
该论文的通讯作者、永续材料研究所“可持续材料合成”小组负责人伊斯纳尔迪‧索萨‧菲略（Isnaldi Souza Filho）教授则表示，“这次，我们透过氢等离子体控制电弧炉内的热力学过程，使低品质镍矿中的复杂矿物结构，能够在没有催化剂的情况下，分解成更简单的金属离子。”
曼苏尔解释道，“该种方式是让镍矿石在反应界面上，还原成更简单的离子，且确保未还原的部分能够持续反应。这种反应可透过高电流短弧、炉子下方整合外部电磁搅拌装置，或气体注入方式来实现。”
该研究由欧洲研究理事会（ERC）的高级拨款资助。