Jedan od vodećih uzroka zagađenja u Kini je obojena metalurška industrija, koja prerađuje teške metale za upotrebu u raznim industrijama. U nastojanju da ispune kineske ciljeve neutralnosti ugljenika pre 2060. godine, istraživači proučavaju kako da smanje emisije ugljenika u ovoj vitalnoj industriji. U nedavno objavljenom radu, istraživači predlažu topljenje cinka laserima umesto tradicionalnog pečenja i elektrolize na visokoj temperaturi.
Rad je objavljen u časopisu Nauka o životnoj sredini i inženjerstvo.
„Industrija cinka, sa ukupnom emisijom ugljen-dioksida od 33 miliona tona, glavni je pokretač emisija gasova staklene bašte. Procenjuje se da elektrolitička industrija cinka u Kini proizvodi oko 6 miliona tona čvrstog opasnog otpada svake godine, što uzrokuje zagađenja i značajnih zdravstvenih rizika“, rekao je Ning Duan, istraživač u Državnoj ključnoj laboratoriji za kontrolu zagađenja i ponovnu upotrebu resursa na Koledžu za nauku o životnoj sredini i inženjering na Univerzitetu Tongji u Šangaju, Kina.
„Predlažemo novu metodu optičke metalurgije, koja koristi laserski indukovanu fotoredukciju za razlaganje sfalerita i redukciju metalnih jona u metal. Pošto ne koristi pečenje na visokoj temperaturi, ovaj metod pruža novi način za proizvodnju metala visoke čistoće bez staklenika. emisije gasova i zagađenje teškim metalima uzrokovano tradicionalnom elektrolizom cinka“.
Materijal koji se zove sfalerit (ZnS) je glavni izvorni materijal za industriju elektrolitičkog cinka. Idealan je kandidat za predloženi laserski tretman jer dobro reaguje na svetlost. Istraživači su zatim konstruisali eksperimentalni aparat za testiranje reakcije sfalerita na razlaganje izazvano laserom. Uključuje laser, sočivo, vakuumsku komoru i kameru. Vakumska komora je sprečila mešanje kiseonika u eksperimentu.
Istraživači su završili Ramanovu spektroskopiju, KSPS analizu i EKSAFS analizu spektra da bi utvrdili koliko je sfalerit reagovao na laser. Takođe su posmatrali mikromorfologiju oštećenja izazvanih laserom pomoću elektronske mikroskopije. Kada laser stupi u interakciju sa površinom sfalerita, on proizvodi fotohemijsku redukciju i fototermalnu redukciju.
Fototermalni efekat koji se javlja kada ultraljubičasti laser ozrači sfalerit je jak, stvarajući energiju molekularne vibracije koja se pretvara u toplotnu energiju. Ovo dovodi do povećanja temperature površine sfalerita, pucanja jonskih veza, topljenja i isparavanja materijala na površini sfalerita i stvaranja cinka.
„Ova studija je pokazala da se cink može proizvesti razlaganjem sfalerita korišćenjem laserskog zračenja u atmosferi inertnog gasa argona. Ovaj proces ne zahteva visoke temperature i ne proizvodi gasove staklene bašte ili zagađivače. Naši rezultati su ohrabrujući za izglede optičke metalurgije“, rekao je Duan.
Istraživači su takođe izvršili ekonomsko poređenje između optičke metalurgije i tradicionalne metalurgije za proizvodnju cinka kako bi potvrdili da predložena metoda laserskog zračenja nije skupa. Oni su procenili da se godišnji operativni troškovi procenjuju na 1,9 milijardi RMB (261 milion USD) za tradicionalnu fabriku metalurgije cinka i 1,67 milijardi RMB (219 miliona USD) za optičku metalurgiju cinka. Ova ekonomska analiza je pokazala izvodljivost optičke metalurgije kao alternative tradicionalnim tehnikama pečenja na visokim temperaturama.
Gledajući unapred, istraživači se nadaju da će pronaći načine da dovedu optičku metalurgiju u razmere.
