يعتبر الليزر بديلاً فعالاً لدرجات الحرارة المرتفعة

أحد الأسباب الرئيسية للتلوث في الصين هو صناعة المعادن غير الحديدية، التي تقوم بمعالجة المعادن الثقيلة لاستخدامها في مختلف الصناعات. وفي محاولة لتحقيق أهداف الصين المتعلقة بالحياد الكربوني قبل عام 2060، يدرس الباحثون كيفية تقليل انبعاثات الكربون في هذه الصناعة الرئيسية. وفي ورقة بحثية نشرت مؤخرا، يقترح الباحثون صهر الزنك بالليزر بدلا من التحميص التقليدي بدرجة حرارة عالية والتحليل الكهربائي.

نشرت المجلة الحدود في العلوم والهندسة البيئية في 17 أغسطس.

“إن صناعة الزنك، التي تنتج 33 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، هي المحرك الرئيسي لانبعاثات الغازات الدفيئة. وتشير التقديرات إلى أن صناعة الزنك الكهربائي في الصين تنتج حوالي 6 ملايين طن من النفايات الصلبة الخطرة كل عام، مما يسبب تلوثًا بيئيًا وأضرارًا صحية كبيرة. وقال نينغ دوان، الباحث في مختبر الدولة الرئيسي لإعادة استخدام الموارد، إن المخاطر “. كلية العلوم والهندسة البيئية، جامعة تونغجي، شنغهاي، الصين. “نحن نقترح طريقة جديدة في علم المعادن البصري تستخدم التحلل الضوئي الناجم عن الليزر لتحليل السفاليريت وتقليل أيونات المعدن إلى معدن. ونظرًا لأنها لا تستخدم التحميص بدرجة حرارة عالية، فإن هذه الطريقة تقدم طريقة جديدة لإنتاج معدن عالي النقاء بدون غازات الدفيئة الانبعاثات والتلوث بالمعادن الثقيلة الناجم عن التحليل الكهربائي التقليدي للزنك.

تعتبر مادة تسمى السفاليريت (ZnS) مادة خام مهمة لصناعة الزنك كهربائيا. وهو مرشح مثالي للعلاج بالليزر المقترح لأنه يستجيب بشكل جيد للضوء. طور الباحثون مجموعة اختبار لاختبار استجابة السفاليريت للتحلل الناجم عن الليزر. وهو يتألف من الليزر والعدسة وغرفة الفراغ والكاميرا. منعت الغرفة المفرغة تدخل الأكسجين في التجربة.

تمكن الباحثون من استخدام تحليل رامان الطيفي وتحليل XPS وتحليل أطياف EXAFS لتحديد مدى استجابة السفاليريت لليزر. لقد نظروا أيضًا في الشكل الدقيق لأضرار الليزر باستخدام المجهر الإلكتروني. عندما يتفاعل الليزر مع سطح السفاليريت، فإنه ينتج اختزالًا كيميائيًا ضوئيًا واختزالًا ضوئيًا حراريًا. إن التأثير الحراري الضوئي الذي يحدث عندما يشع الليزر فوق البنفسجي السفاليريت قوي، مما يولد طاقة اهتزازية جزيئية تتحول إلى طاقة حرارية. يؤدي ذلك إلى رفع درجة حرارة سطح السفاليريت، وكسر الروابط الأيونية، وذوبان وتبخير المواد الموجودة على سطح السفاليريت، وتكوين الزنك.

أظهرت هذه الدراسة أنه يمكن إنتاج الزنك عن طريق تحلل السفاليريت باستخدام إشعاع الليزر تحت جو غاز الأرجون الخامل. ولا تتطلب هذه العملية درجات حرارة عالية ولا تنتج أي غازات دفيئة أو ملوثات. وقال دوان: “إن نتائجنا مشجعة بالنسبة لآفاق علم المعادن البصرية”.

كما أجرى الباحثون مقارنة اقتصادية بين علم المعادن البصري وعلم المعادن التقليدي لإنتاج الزنك، مؤكدين أن طريقة التشعيع بالليزر المقترحة ليست باهظة التكلفة. تقدر تكاليف التشغيل السنوية لمصنع تعدين الزنك التقليدي بـ 1.9 مليار يوان صيني (261 مليون دولار أمريكي) و1.67 مليار يوان صيني (219 مليون دولار أمريكي) لتعدين الزنك البصري. أظهر هذا التحليل الاقتصادي إمكانات علم المعادن البصري كبديل لتقنيات التحميص التقليدية ذات درجة الحرارة العالية.

وبالنظر إلى المستقبل، يأمل الباحثون في إيجاد طرق لقياس علم المعادن البصري. “التكنولوجيا حاليا على مستوى المختبر. وقال دوان إن هناك حاجة إلى قدر كبير من الأبحاث الإضافية لتحقيق تكنولوجيا تعدين الزنك البصري، ومصنع تجريبي ومصنع كامل النطاق في نهاية المطاف.

ومن بين المساهمين الآخرين ينج تشين، ولينهوا جيانغ، وفويوان شو، وياو وانغ، ووين تشينغ، ويانلي شو من كلية العلوم والهندسة البيئية بجامعة دونججي؛ وجوانجبين تشو من كلية العلوم والهندسة البيئية بجامعة تيانجين؛ ويونغ ليو في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة آنهوي للعلوم والتكنولوجيا.

تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين وصندوق البحوث الأساسية للجامعة المركزية بجامعة دونججي.

تنصل: AAAS وEurekAlert! إنهم ليسوا مسؤولين عن دقة الرسائل المنشورة على EurekAlert! من خلال المساهمة في المنظمات أو استخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.