臺灣地小人綢,天然資源有限。金屬產業政策也不斷轉型。由勞力密集、資本密集、技術密集到今日知識密集,冶金工程發展重點也因而改變。全球資源爭奪的今日,冶金思維在許多國家已提升到戰略的層面。有幾個大方向是值得注意的:
1.傳統冶金與材料之競合
冶金學(metallurgy)出現甚早,冶金主要處理金屬的課題。材料科學(material science)發展後,除金屬外,研究任何材料(包括金屬、陶瓷、高分子等..)結構、性質(能)與製程之科學均包含在其範疇。與其說冶金為材料科學之一部份,但從科技發展史的角度,亦可將材料科學視為人類對冶金努力的延伸。簡言之,傳統冶金產業提供材料專家現有市場與內涵,相關材料技術的發展也為傳統冶金業提供新的手法並提升了產業水準與效能。冶金分類甚雜一般有提煉冶金(extractive metallurgy)與物理冶金(physical metallurgy)兩大類。點石成金說的就是提煉冶金,凡以乾式(各式蒸餾法、熔解又稱火法等)或濕式(化學、電化學..)等將礦或廢棄物中金屬提煉者屬其範疇。以機械性能及物理性能為目的,輔以製程設計、改變結構調整性能者屬物理冶金範疇,近年來對電子產業之發展頗有貢獻。此外,以粉體製程為主發展出粉末冶金產業。又因鋼鐵工業占整體產業相當大的比例,故以此為分界有鋼鐵冶金與非鐵冶金(金、銀、銅、鋁、鋅、鎂、鈦..等)之分。特別著重機械性質之部份稱機械冶金。以技師之角色而言,凡與公共公程與公眾民生利益之事務均需適當之技師把關,然冶金技師缺乏立法的保障與產業政策支持,功能未彰,材料科技近來雖蓬勃發展,然材料技師短期內未有成立之條件,故也歡迎材料專才人員投入冶金技師之行列,強化冶金技師之職能。另2011年化學獎即由冶金學家Dan Shechtman 以準晶(quasicrystal)研究之貢憲獨獲殊榮,冶金專業前景可期。
2.異業整合、機能與智慧化發展
隨著生活水準提高具有機能性的金屬製品因應而生,如抗菌、抗污、自潔之五金及其他俱特殊機能之智慧材料(魔術胸罩即是形狀記憶合金之應用),並利用表面處理、仿生科技、奈米科技及工業設計等增加了金屬製品的風格、質地與機能,這些雖不是新的觀念,但隨研發的投入,生產成本的下降,此類產品已成功並廣泛地進入了我們的生活。
3.冶金業邁向綠色環保節能發展
台灣地區之礦區雖幾乎停採,但為全球之生產重鎮,在政府政策的鼓勵下,電子用廢品之回收與其中有價金屬如金、銀、銅及稀有金屬之回收已有相當的基礎;相關產業,如面板玻璃之回收再利用,也適合投入。此類商業模式之建立與新科技之導入如電漿與化學能燃燒系統都可有效提高效能、減少污染,提高獲利並吸引資金與高級人力投入,對冶金產業之發展實為百年難得之契機。在全球原物料高漲之際,許多國家已將此類議題提高到戰略層次。大陸礦源豐富,冶金產業政策由中央層級主導,特別在大陸2011年「再生有色金屬業發展計劃」公佈後,相關產業發展蓬勃,人材需求殷切。台灣冶金工作者雖缺乏舞台與立法保障,但在新局勢之形成與大陸市場之高度成長,未來人才之需求殷切,且近來全球新興冶煉廠不乏大型投資有如台塑越南鋼廠,對冶金工作者需求將巨增。
4.稀土研究與產業政策應重視
稀土金屬(Rare-erth metal,是鑭系元素系稀土類元素群的總稱) 被稱為是"21世紀的科技金屬"。其用途相當廣泛,從汽車觸媒轉換器、石油精煉用催化劑、永磁馬達中的磁性材料到特殊領域用途如航太零件、雷射、核能工業、超導體等,是高科技產業中不可或缺的添加劑;在冶金方面更可以大幅提高鋼材/鋁/鎂/鈦合金材料的性能,為高科技產業關鍵原料,因此,工業大國無不將稀土金屬是為戰略資源,故有「工業維他命」之稱。
世界各國對稀土與能源有關領域的研究給予極大重視。稀土資源發展前景極其光明,但目前供應上卻有著先天上的問題,那就是稀土金屬的蘊藏量與供應目前集中在少數地區。自2008年起大陸的稀土金屬產量已佔全球97%,是全球稀土金屬最主要的供應國。鄧小平就曾說過:「中東有石油,大陸有稀土」。現在大陸也效法「石油輸出國家組織」 (OPEC)處理石油的態度,嚴加控管這類重要的天然能源供應。從稀土的耗用量及附加價值來看,日本無疑是最大的稀土消費國之一,占應用總量近30%之多。因此日本從2007年起開始實施稀有金屬替代材料開發專案,針對銦(In)、鏑(Dy)、鎢(W)、白金(Pt)、鈰(Ce)、鋱(Tb)等進行替代材料的研發,期能減緩對大陸限制稀土出口所造成的衝擊。
台灣在全球電子生產及消費有一定角色,若要持盈保泰或產業轉型朝高副加價值發展,應與看待石油問題之高度,來處理稀土的問題,積極投入回收產業並利用與大陸關係緩和之契機尋求更穩定的稀土分配,學習日本創造更高的產品價值,這也是冶金業者可以努力的目標。
5.世界最大金磚的誕生
位於金瓜石之黃金博物館內有一重達220.3公斤的鎮館之寶或許各位有所聞。這也是黃金冶鍊、鑄造專業上的一項成就。篇文所限無法詳述,特此提供部份金磚誕生的圖案供各位參考。此金磚除了重量為世界記錄外,有幾個重點提供參考:(1)成色高達99.99以上(2)以真空硬焊爐鑄造,空前也可能是絕後(3)鑄造前後幾無損耗(4)表面平滑且晶粒巨大明顯可視。相較日本先前200公斤的世界記錄金磚,台灣金磚除重量外,成色、外觀與損耗與鍊鑄技術,毫無遜色之處。
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以電漿法回收電子產品內貴金屬
銅合金片卷之軋延與熱處理
銀鋁合金準晶之五重對稱模型
(來源:維基百科-quasicrystal)
鋼材在加熱後不同冷卻速率因微結構不同而硬度差異甚大
(相較純銅,無此情況,因純銅在固態區無相變化所至)
以真空連續鑄造製作之螺紋銅管
稀土元素
黃金在石墨模內真空爐熔鍊塑型
目前展示於金瓜石黃金博物館以真空爐鑄造出之世界最大金磚
(中央造幣廠鑄製重達220.3公斤)
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