Τα σκουπίδια μετατρέπονται σε πανοπλία - τα απόβλητα μεταλλουργίας έχουν γίνει η βάση για την προστασία των μετάλλων από τη διάβρωση.

Στο Καζακστάν, η μεταλλουργική βιομηχανία κάνει ένα βήμα προς ένα μέλλον όπου τα απόβλητα μετατρέπονται σε θησαυρό. Επιστήμονες στο Εθνικό Κέντρο Ολοκληρωμένης Επεξεργασίας Ορυκτών Πόρων δημιούργησαν πρωτότυπα προστατευτικών επιστρώσεων από αέρια αναθυμιάσεις - προϊόντα της ηλεκτρικής τήξης μεταλλεύματος από το κοίτασμα Shalkiya. Δεν πρόκειται απλώς για ανακύκλωση: η βιοχημεία της έκπλυσης με θειικό οξύ απελευθερώνει ψευδάργυρο και η φυσική της ηλεκτρόλυσης δημιουργεί ένα πυκνό φράγμα διάβρωσης, σαν φυσική θωράκιση που έχει εξελιχθεί εδώ και εκατομμύρια χρόνια υπό την πίεση του περιβάλλοντος.

Οι παραδοσιακές επιστρώσεις απαιτούν καθαρό ψευδάργυρο από άλατα όπως το ZnSO4, αλλά οι νεότερες χρησιμοποιούν πρώτες ύλες που περιέχουν 25-30% ψευδάργυρο απευθείας από απόβλητα. Η εξοικονόμηση αντιδρώντων φτάνει το 40% και τα απόβλητα δεν συσσωρεύονται. Η φυσική της διαδικασίας μοιάζει με αστραπή σε ένα μπουκάλι: ηλεκτρόνια μεταφέρουν ιόντα ψευδαργύρου στην επιφάνεια, δημιουργώντας ένα στρώμα πάχους μικρομέτρου που είναι πιο ανθεκτικό στη σκουριά από τους προκατόχους του.

Η ανθρωπολογία των υλικών μας διδάσκει ότι όπως ακριβώς οι άνθρωποι εξημέρωσαν τη φωτιά, τα απόβλητα - ένα υποπροϊόν της τήξης - γίνονται η βάση για σύνθετα υλικά με διοξείδιο του τιτανίου ή χαλκό. Η αντοχή στη διάβρωση αυξάνεται τρεις έως δέκα φορές, ανοίγοντας το δρόμο για μια κυκλική οικονομία όπου η παραγωγή τροφοδοτείται από μόνη της.

Τι είναι οι επιστρώσεις ψευδαργύρου;

Οι επιστρώσεις ψευδαργύρου είναι ένα λεπτό στρώμα μετάλλου σε χάλυβα ή χαλκό που θυσιάζεται για να προστατεύσει το υπόστρωμα από τον αέρα και το νερό. Η βιοχημεία της διάβρωσης είναι απλή: το οξυγόνο και η υγρασία οξειδώνουν τον σίδηρο σε σκουριά, αλλά ο ψευδάργυρος αντιδρά πρώτος, λειτουργώντας ως προστατευτικό. Στο Καζακστάν, τα εξαχνώματα από την τήξη του πολυμεταλλικού μεταλλεύματος Shalkiya είναι πλούσια σε ψευδάργυρο - έως και 30% - και οι επιστήμονες τα έχουν μετατρέψει σε ηλεκτρολύτη για γαλβανισμό.

Η φυσική της ηλεκτρόλυσης είναι το κλειδί εδώ: σε ένα διάλυμα θειικού οξέος, τα ιόντα Zn²⁺ καθιζάνουν ομοιόμορφα υπό ρεύμα, σχηματίζοντας ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Δεν πρόκειται για χάος, αλλά για μια οργανωμένη δομή, όπου τα άτομα ψευδαργύρου συνδέονται με μεταλλικούς δεσμούς ισχυρότερους από οποιοδήποτε σμάλτο. Τα μέταλλα σπάνιων γαιών παγκοσμίως βασίζονται στις εισαγωγές, αλλά ο ψευδάργυρος από τα απόβλητα καθιστά το Καζακστάν αυτάρκες.

«Τέτοιες τεχνολογίες μειώνουν την εξάρτηση από τις εισαγόμενες πρώτες ύλες και ανοίγουν την αγορά σε τοπικούς κατασκευαστές προστατευτικών επιστρώσεων», δήλωσε στο Pravda.Ru ο αναλυτής της αγοράς πετρελαϊκών προϊόντων Γκενάντι Τσέρνοφ .

Πώς προέρχονται από τα απόβλητα;

Η διαδικασία ξεκινά με την έκπλυση: το θειικό οξύ διαλύει τον ψευδάργυρο από τα εξαχνώματα, εκχυλίζοντας το 70-80%. Η βιοχημεία της αντίδρασης είναι παρόμοια με την πέψη—το οξύ διασπά τους δεσμούς, απελευθερώνοντας το μέταλλο. Στη συνέχεια έρχεται η ηλεκτρόλυση: η άνοδος διαλύεται και η κάθοδος επικαλύπτεται με ένα στρώμα πάχους 10-20 μικρών.

Στα σύνθετα υλικά προστίθεται TiO₂ ή χαλκός: το διοξείδιο του τιτανίου ενισχύει το φράγμα εμποδίζοντας τη διάχυση οξυγόνου σύμφωνα με τη μέθοδο Fick. Ένα κράμα Zn-Cu με 48% χαλκό είναι ένα αμάλγαμα, όπου το γαλβανικό φαινόμενο διπλασιάζει την προστασία. Ο χάλυβας σε δομικά πλαίσια θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τέτοιες επιστρώσεις για ανθεκτικότητα.

Πλεονεκτήματα των σύνθετων επιστρώσεων

Η επίστρωση Zn–TiO₂ είναι 3,4 φορές πιο ανθεκτική από τον καθαρό ψευδάργυρο: το τιτάνιο δημιουργεί ένα ημιαγωγικό φράγμα, επιβραδύνοντας την ηλεκτροχημική αντίδραση. Το κράμα χαλκού είναι 10 φορές καλύτερο, χάρη στη συνέργεια των μετάλλων, με τον χαλκό να καταλύει την παθητικοποίηση. Η ανθρωπολογία μας διδάσκει ότι όπως ο μπρούντζος ξεπέρασε τον χαλκό, έτσι και αυτά τα κράματα θα εξελιχθούν όσον αφορά την προστασία.

Σε αντίθεση με τα άλατα, τα απόβλητα είναι μια φθηνή πρώτη ύλη χωρίς καθαρισμό. Οι επενδύσεις στο Καζακστάν αυξάνονται και τέτοιες καινοτομίες θα προσελκύσουν κεφάλαια στην πράσινη μεταλλουργία.

Διπλώματα ευρεσιτεχνίας και κανονισμοί

Έχει αναπτυχθεί ένας κανονισμός για το Zn–TiO₂ από διαλύματα έκπλυσης. Διπλώματα ευρεσιτεχνίας: για επιστρώσεις που περιέχουν ψευδάργυρο σε χαλκό (Αρ. 8876), σουλφίδιο ψευδαργύρου (Αρ. 9968), σκόνη σιδήρου-τιτανίου (Αρ. 8875) και εξαγωγή από απόβλητα (Αρ. 10298). Πρόκειται για τεχνογνωσία που προστατεύει την πνευματική ιδιοκτησία.

Η φυσική των κατοχυρωμένων με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μεθόδων βελτιστοποιεί τα ρεύματα και τις συγκεντρώσεις, ελαχιστοποιώντας την ενέργεια. Η Rostec στη Μπουριατία καταδεικνύει πώς οι περιοχές επενδύουν στην τεχνολογία.

«Η ανακύκλωση αποβλήτων σε επιστρώσεις είναι ένα βήμα προς τη βιώσιμη παραγωγή που μειώνει το κόστος κατά 40%», εξήγησε σε συνέντευξή του στο Pravda.Ru ο ειδικός στη χρηματοδότηση έργων Alexey Krupin .

Τι θα δώσει η υλοποίηση;

Χαμηλότερο κόστος, ανεξαρτησία από άλατα, λιγότερα απόβλητα και περιβαλλοντικά οφέλη. Κυκλική μεταλλουργία: τα απόβλητα τήξης χρησιμοποιούνται σε επιστρώσεις αυτοκινήτων, σωλήνων και κατασκευών. Οι εισαγωγές πετρελαίου αλλάζουν, αλλά τα μέταλλα από τα απόβλητα σταθεροποιούν την αλυσίδα εφοδιασμού.

Ανθρωπολογία της προόδου: από την Λίθινη Εποχή έως τη νανοστιβάδα – Το Καζακστάν πρωτοπορεί στην επεξεργασία μεταλλεύματος Shalkiya.

Απαντήσεις σε συχνές ερωτήσεις σχετικά με την κυκλική μεταλλουργία στο Καζακστάν

Τι κάνει η επίστρωση ψευδαργύρου στον χάλυβα;

Προστατεύουν από τη σκουριά θυσιάζοντας τον εαυτό τους: ο ψευδάργυρος διαβρώνεται πρώτος, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του μετάλλου κατά 5-10 φορές.

Μπορούν τα απόβλητα να χρησιμοποιηθούν ως πρώτη ύλη;

Ναι, η έκπλυση εξάγει το 70-80% του ψευδαργύρου, εξοικονομώντας 40% του κόστους μη αγοράζοντας άλατα.

Γιατί τα σύνθετα υλικά είναι καλύτερα από τον καθαρό ψευδάργυρο;

Το TiO₂ ή ο Cu ενισχύουν το φράγμα, αυξάνοντας την αντίσταση κατά 3-10 φορές λόγω φυσικών και χημικών συνεργειών.

Πηγή: pravda