فلز روی چیست؟
فلز روی که به صورت شمش روی تولید و به بازار عرضه می شود از جمله ی فلزات مهم و استراتژیک می باشد که به دلیل ویژگی های ارزشمند نظیر رنگ، الکترون دهی بالا، شکل پذیری و چگالی آن، استفاده های فراوانی در صنعت دارد.
عمده ی تولید شمش روی کشور ایران در استان زنجان انجام می پذیرد که به دلیل همجواری با معدن انگوران و دسترسی به منابع کانی های اصلی روی ماننده روی سولفوره (ZnS) یا اسفالریت، روی کربناته (ZnCO3) یا اسمیت زونیت و روی اکسیده (ZnS) یا کالامین، باعث رشد این صنعت در شهر و استان زنجان شده است که بیش از 70% از شمش و ورق روی کشور را تولید می نماید و عمده ی آن به خارج از کشور صادر می گردد.
کنسانتره روی چیست؟
روش تولید شمش روی
فلز روی از طریق استحصال سنگ معدنی روی تولید می شود. با توجه به اینکه اکثر معادن روی به همراه سرب می باشند، ابتدا می بایست با روش فلوتاسیون، سرب و روی از هم جداسازی شوند. با انجام عملیات فلوتاسیون، عنصر سرب به افزودن مواد شیمیایی، به روش فیزیکی از روی جداسازی شده و پس از جمع‌آوری تبدیل به کنسانتره ی روی شده و برای احیا و ذوب و تبدیل شدن به شمش سرب، به کوره ذوب منتقل شده و با کمک زغال کک یا آنتراسیت احیا می شود.
پس از فلوتاسیون، خاک روی سرب زدایی شده ی حاصل از فلوتاسیون، جهت استخراج روی آماده ی انتقال به کارخانه ی روی می باشد. در ابتدا می بایست عملیات لیچینگ انجام گیرد تا عناصر موجود درخاک روی اکسیده یا کربناته در واکنش با محلول رقیق شده ی سولفوریک اسید حل شوند و تبدیل به یون های محلول در آب شوند. عملیات لیچینگ در دمای 65 درجه ی سانتیگراد و با pH=1.5 آغاز می گردد و در اثر واکنش های انجام گرفته، pH محلول به آرامی افزایش یافته و به حدود 3.5 میرسد. پس از پایان لیچینگ، جهت رسوب دهی آهن، با علاوه نمودن آهک هیدراته و یا کربنات کلسیم، pH محلول تا 4.5 بالا می رود. در این مرحله باید توجه نمود که pH محلول بیش از 4.5 افزایش نیابد، چرا که این امر باعث رسوب دهی مجدد روی می شود.
در عملیات لیچینگ، به جز روی، عناصر دیگری از جمل مس، آهن، فلوئوذ، منگنز، منیزیم، کبالت، نیکل و کادمیوم موجود در خاک نیز در محلول حل می شوند، برای به دست آوردن شمش روی خالص میبایست همه ی این عناصر به جز یون روی جذاسازی و رسوب دهی شوند تا شمش خالص بدست آید.
وجود فلوئور در محلول باعث خوردگی کاتد های آلومینیومی الکترولیز و چسبندگی ورق روی به کاتد ها خواهد شد و برای رسوب دهی آن از سولفات آلومینیوم استفاده می شود تا با تشکیل آلومینیوم تری فلوئورید (AlF3)، رسوب نموده و در پایان مرحله ی لیچینگ، و پس از افرایش pH، رسوب نموده و از محلول جداسازی شود.
دوغاب نهایی لیچینگ توسط فیلتر پرس تصفیه شده و سیلیس، آلومینیوم و تمامی جامدات نامحلول آن جداسازی شده و محلول زلال به علاوه ی کیک لیچ حاصل می شود. محلول به دست آمده حاوی روی، کبالت، منگنز، نیکل و کادمیوم می باشد و آماده ی ادامه ی تصفیه خواهد بود.
تصفیه گرم
برای جداسازی کبالت و منگنز از محلول می بایست این یون ها تبدیل به رسوب شوند، بدون اینکه یون روی رسوب نماید. برای این کار می توان از اکسنده های قوی نظیر پرمنگنات پتاسیم یا گاز ازن استفاده نمود. با افزودن اکسنده به محلول، یون های منگنز و کبالت به عدد اکسایش بالاتر رسیده در pH های پایین‌تر رسوب می نمایند و امکان اینکه بدون رسوب دهی روی از محلول جدا شوند فراهم می گردد. اکسایش یون های منگنز و کبالت در واکنش با اکسنده باعث افت pH خواهد شد که لبرای جبران آن می بایست کربنات و یا هیدروکسید کلسیم مصرف شود. این عملیات در دمای بالا انجام می پذیرد و به آن تصفیه ی گرم گفته می شود. رسوبات سیاه ذنگ حاصله حاوی دی اکسید منگنر و اکسید کبالت خواهند بود و به آن کیک کبالت یا کیک گرم گفته می شود.
تصفیه سرد
محلول حاصل از خروجی فیلتر های مرحله ی تصفیه ی گرم حاوی روی، نیکل و کادمیوم می باشد. جهت جداسازی نیکل و کاذمیوم از محلول، پودر روی به محلول اضافه می شود تا از طریق سمنتاسیون، بتوان نیکل و کادمیوم را رسوب داد. پودر روی در با دادن الکترون به نیکل و کادمیوم در محلول حل شده و آن ها را تبذیل به فلز می نماید. این واکنش در بدون اعمال حرارت و در pH=3.5 انجام میگیرد، افزایش دما و اسیدیته منجر به حل شدن دوباره ی نیکل و کادمیوم می گردد. دوغاب حاصله فیلتر شده و محلول خالص و زلال سولفات روی و همچنین رسوبات فلزی نیکل و کاذمیوم با هسته های فلز روی به عنوان کیک فیلتر به دست می آید که کیک سرد یا کیک نیکل نامیده می شود.
الکترولیز
برای تبدیل محلول سولفات روی خالص به فلز، الکترولیز انجام می گیرد. با انتقال محلول به حوضچه های الکترولیز دارای آند سربی و کاتد آلومینیومی و اعمال اختلاف پتانسیل 3.2 ولت، یون روی با دریافت الکنرون در قطب منفی (کاتد)، تبذیل به فلز روی شده و به صورت ورق بر روی کاتد ها تشکیل می شود. پس از گذشت زمان حدود 24 ساعت و ضخیم شذن ورق روی بر روی کاتد. ورق کنی انجام شده و پس از خارج شذن ورق ها از حوضچه ها، ورق روی از کاتد جداسازی می شود.
در الکترولیز به دلیل اعمال اختاتف پتانسیل به آند های سربی، سرب به آرامی اکسید شده وارد محلول می گردد، هرچند که سولفات سرب حلالیت بسیار کمی در آب دارد، اما مقذاری از آن به سمت کاتد رفته و همراه با روی، تبدیل به فلز شده و باعث ناخاصی محصول خواهد شد. برای حفاظت از آند ها از کربنات منگنز و سولفات منگنز استفاده می شود که با افزوده شدن به محلول الکترولیز و اکسایش یون منگنز بر روی آند تشکیل لایه ای محافظ می دهند و باعث کند شدن روند حل شدن سرب در محلول می شود. علاوه بر ترکیبات منگنز، استرانسیم کربنات نیز جهت رسوب دهی سرب و صمغ عربی برای سعولت جدایش ورق روی از کاتد مورد استفاده قرار می گیرد.
