ما هو معدن الزنك؟

يُعد معدن الزنك الذي يتم إنتاجه وعرضه في الأسواق على شكل سبائك زنك، من المعادن المهمة والاستراتيجية، وذلك بسبب خصائصه القيّمة مثل اللون والقابلية العالية للتأين والمطاوعة والكثافة، مما يجعل له العديد من الاستخدامات في الصناعة.

يتم إنتاج معظم سبائك الزنك في إيران في محافظة زنجان، وذلك بسبب قربها من منجم أنغوران وتوفر مصادر الخامات الأساسية للزنك مثل كبريتيد الزنك أو الصفاريت، وكربونات الزنك أو السميثسونيت، وأكسيد الزنك أو الكالامين. مما ساهم في نمو هذه الصناعة في مدينة ومحافظة زنجان، حيث تنتج أكثر من 70% من سبائك وألواح الزنك في البلاد، ويتم تصدير معظمها خارج البلاد.

ما هو تركيز الزنك؟

طريقة إنتاج سبائك الزنك

يتم إنتاج معدن الزنك من خلال استخلاصه من خامات معدن الزنك. وبما أن معظم معادن الزنك تحتوي على الرصاص، يجب أولاً فصل الرصاص والزنك عن بعضهما بطريقة التعويم. من خلال عملية التعويم، يتم فصل عنصر الرصاص بإضافة مواد كيميائية، بطريقة فيزيائية عن الزنك، ثم يتم تجميعه وتحويله إلى تركيز الزنك، ونقله إلى أفران الصهر لإعادة الاختزال والصهر وتحويله إلى سبائك باستخدام فحم الكوك أو الأنثراسيت.

بعد عملية التعويم، يكون التربة الناتجة الخالية من الرصاص جاهزة لاستخلاص الزنك منها ونقلها إلى مصنع الزنك. في البداية، يجب إجراء عملية الغسيل بحمض الكبريتيك المخفف لإذابة العناصر الموجودة في أكسيد الزنك أو كربونات الزنك وتحويلها إلى أيونات مذابة في الماء. تبدأ عملية الغسيل في درجة حرارة 65 درجة مئوية وPH = 1.5، ونتيجة للتفاعلات الحادثة يرتفع PH المحلول تدريجياً ليصل إلى حوالي 3.5. بعد انتهاء الغسيل، يتم إضافة هيدرات الكلس أو كربونات الكالسيوم لإرساب الحديد مما يرفع PH المحلول إلى 4.5. يجب مراعاة عدم زيادة PH المحلول عن 4.5، لأن ذلك سيؤدي إلى إعادة ترسيب الزنك.

خلال عملية الغسيل، بالإضافة إلى الزنك، تذوب عناصر أخرى موجودة في التربة مثل النحاس والحديد والفلور والمنجنيز والمغنسيوم والكوبالت والنيكل والكادميوم في المحلول. للحصول على سبائك زنك نقية، يجب إزالة وترسيب كل هذه العناصر باستثناء أيونات الزنك.

وجود الفلور في المحلول يتسبب في تآكل أنودات الألومنيوم أثناء عملية التحليل الكهربائي والتصاق ألواح الزنك بالأنودات، لذلك يستخدم كبريتات الألومنيوم لترسيبه على شكل فلوريد الألومنيوم الثلاثي AlF3، وفي نهاية مرحلة الغسيل وبعد رفع الpH يترسب ويُزال من المحلول.

يتم تصفية الحمأة النهائية لعملية الغسيل باستخدام مصفاة عجانة، لفصل السيليكا والألومنيوم وكل المواد الصلبة غير الذائبة، للحصول على محلول شفاف بالإضافة إلى كعكة الغسيل. يحتوي المحلول الناتج على الزنك والكوبالت والمنجنيز والنيكل والكادميوم، ويكون جاهزًا لمزيد من التنقية.

تصفية الساخنة

لفصل أيونات الكوبالت والمنجنيز عن المحلول، يجب ترسيب هذه الأيونات دون ترسيب أيونات الزنك. لذلك يمكن استخدام مؤكسدات قوية مثل بيرمنغنات البوتاسيوم أو غاز الأوزون. عند إضافة المؤكسد إلى المحلول، تصل أيونات المنجنيز والكوبالت إلى حالات أكسدة أعلى وتترسب في قيم PH منخفضة، مما يتيح فصلها عن المحلول دون ترسيب الزنك.

ستؤدي عملية أكسدة أيونات المنجنيز والكوبالت بالمؤكسد إلى انخفاض PH المحلول، والذي يلزم تعويضه بإضافة كربونات أو هيدروكسيد الكالسيوم. تتم هذه العملية في درجات حرارة مرتفعة وتُسمى التنقية الساخنة. الرواسب الناتجة ذات اللون الأسود تحتوي على ثنائي أكسيد المنجنيز وأكاسيد الكوبالت، وتُسمى كعكة الكوبالت أو الكعكة الساخنة.

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.

التحليل الكهربائي

يتم إجراء التحليل الكهربائي لتحويل محلول كبريتات الزنك النقي إلى معدن. من خلال نقل المحلول إلى أحواض التحليل الكهربائي المزودة بأنود رصاصي وكاثود ألومنيومي، وتطبيق فرق جهد 3.2 فولت، تتلقى أيونات الزنك إلكترونات عند القطب السالب (الكاثود) وتتحول إلى معدن الزنك الذي يتشكل على هيئة ألواح على الكاثودات. بعد مرور حوالي 24 ساعة وتكون ألواح الزنك سميكة بما فيه الكفاية على الكاثود، يتم كشط الألواح وإخراجها من الأحواض ثم فصلها عن الكاثود.

نتيجة تطبيق الفرق في الجهد على الأنودات الرصاصية أثناء التحليل الكهربائي، يتأكسد الرصاص ببطء ويدخل المحلول. وعلى الرغم من أن كبريتات الرصاص لها قابلية ذوبان منخفضة جداً في الماء، إلا أن بعضها ينتقل نحو الكاثود ويتحول مع الزنك إلى معدن مما يسبب عدم نقاوة المنتج. لحماية الأنودات يتم استخدام كربونات المنجنيز وكبريتات المنجنيز التي تشكل طبقة واقية على الأنود من خلال أكسدة أيونات المنجنيز وتباطئ من عملية ذوبان الرصاص في المحلول. بالإضافة إلى مركبات المنجنيز، يستخدم كربونات السترونتيوم لترسيب الرصاص والصمغ العربي لتسهيل فصل ألواح الزنك عن الكاثود.