اکسید روی

اکسید روی چیست

اکسید روی یا زینک اکساید یکی از مهمترین ترکیبات شیمیایی معدنی است که کاربرد های بسیاری در صنایع متعددی دارد. اکسید روی دارای نام انگلیسی Zinc Oxide و فرمول شیمیایی ZnO است. این ترکیب شیمیایی به رنگ سفید تولید شده و در آب حل نمی شود. دانه بندی آن بسیار ریز بوده و بلور های ۶ وجهی دارد. این ترکیب غیر آلی در نوشته های قدیمی با نام توتیا شناخته می شده است. اکسید روی در پوسته زمین یافت می شود، اما از آنجایی که برای مصارف مختلف صنعتی به وفور مورد استفاده قرار می گیرد، نیاز است که آن را به صورت صنعتی نیز ایجاد کنیم. در این نوشتار قصد داریم با ویژگی های اکسید روی آشنا شویم و سپس مهمترین کاربرد های این محصول را در صنایع مختلف را بررسی نماییم.

تاریخچه اکسید روی

همانطور که بیان شد این ماده در گذشته با نام توتیا شناخته می شده است که معادل عربی واژه دوده می باشد. رومی ها برای اولین بار در حدود ۲ هزار سال قبل از میلاد مسیح این ترکیب را تولید کردند و بعد از آن ها به ترتیب در قرن های ۱۶ و ۱۷ میلادی توسط هندی ها و چینی ها و در قرن ۱۸ در اروپا تهیه شد. در ابتدا از این ترکیب به عنوان رقیق ساز رنگ ها و بعد ها به عنوان ترکیبی به منظور افزایش کیفیت کاغذ استفاده گردید.

با کشف خواص نیمه رسانای این ترکیب کاربرد آن در قطعات الکترونیکی رواج یافت و با افزایش پژوهش ها بر روی این محصول به این مهم دست یافتند که اکسید روی از پایداری بسیار خوبی برخوردار است و نیز می تواند از خود هم خاصیت بازی و هم خاصیت اسیدی نشان دهد و در آب و الکل حل قابل انحلال نیست. به صورت کلی با گذشت زمان و افزایش تحقیقات بر روی این ترکیب شیمیایی بسیار پر کاربرد ، استفاده از آن در صنایع مختلف زیاد شد و این افزایش همچنان ادامه دارد.

عمده مزایای اکسید روی

اولین مزیتی که می توان برای این ماده قائل شد این است که یک نیمه رسانای خوب بوده و قدرت انتشاری به اندازه اشعه ماورای بنفش دارد.

دومین ویژگی بسیار خوب آن برخورداری از قابلیت پیزوالکتریک است، این پدیده که با نام اثر فشار برقی نیز عنوان می شود در برخی پلیمر ها اتفاق می افتد. این پدیده به این صورت است که اگر نیروی خارجی به پلیمر مورد نظر وارد شود، دو قطبی هایی که در این پلیمر ها موجود هستند تحریک شده و یک میدان الکتریکی ایجاد می کنند، از این نوع مواد که داری این خاصیت هستند معمولا در وسایلی استفاده می شود که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و یا برعکس تبدیل می کنند. بسیاری از قطعات الکترونیکی و همچنین حس گر ها از این پدیده در ساختار خود استفاده می کنند. بنابراین اکسید روی با برخورداری از این پدیده کاربردی می تواند در تجهیزات الکترونیکی بسیاری مورد استفاده قرار گیرد.

مزیت بسیار مطلوب دیگری که می توان برای این ترکیب شیمیایی در نظر گرفت این است که زینک اکساید کاملا سازگار با محیط زیست بوده و ترکیبی ایمن برای سلامت انسان می باشد که این قابلیت باعث می شود بتوان از آن در انواع کاربرد های پزشکی و بهداشتی استفاده نمود. این مزیت ها موج کاربرد گسترده این محصول در بخش های صنعتی و پزشکی شده است.

تولید اکسید روی

اگر چه این ترکیب معدنی مانند دیگر مواد معدنی نظیر سنگ آهک و آهن و … به صورت طبیعی در پوسته کره زمین یافت می شود اما با توجه به نیاز مبرم به این محصول در صنایع مختلف و همچنین کیفیت های بالاتر آن ، نیاز است که به روش های صنعتی نیز این محصول تولید شود و در اختیار صنایع قرار گیرد. به صورت کلی اکسید روی از طریق سه روش غیر مستقیم ، مستقیم و شیمیایی تولید می شود که در این مطلب به بیان این روش ها می پردازیم. البته نکته ای که قابل ذکر است، برای مصارف صنعتی ، این ماده بیشتر به وسیله روش غیر مستقیم تولید شده و مقدار کمتری از نیاز صنعت به وسیله دو روش دیگر صورت می پذیرد. این روش ها شامل موارد زیر می شوند:

تولید اکسید روی به روش غیر مستقیم

کنسانتره روی با استفاده از روش فلوتاسیون کربنات روی بدست می آید. این محصول را با ذغال کک ترکیب می کنند و با استفاده از نوار نقاله آن را به کوره های ذوب که دمایی در حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد دارند منتقل می کنند و بعد از این که محصول ذوب شد و به حالت بخار درآمد، آن را از طریق کانال هایی به کندانسور ها وارد می کنند و به صورت ذوب درآمده و سپس آن را به شکل شمش در می آورند.

در این مرحله از تولید اکسید روی ، دوباره به فلز روی حرارت می دهند که این حرارت در حدود ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد بوده و با این عمل، فلز روی دوباره ذوب شده و بخار می گردد. سپس بخار مورد نظر از طریق هواکش هایی به قسمت اکسیداسیون انتقال می باید و در نهایت به اکسید روی تبدیل می شود. این محصول پس از سرد شدن امکان بسته بندی پیدا کرده و می توان آن را به سادگی جهت مصارف مختلف به بازار عرضه نمود. این روش به روش فرانسوی هم شهرت دارد.

تولید اکسید روی به روش مستقیم

این روش بسیار شبیه به روش غیر مستقیم است و روش آمریکایی شهرت دارد. در روش غیر مستقیم تولید زینک اکساید نیز فلز روی را به روش خاصی تبخیر می کنیم و مجددا به وسیله روش غیر مستقیم ، اکسید روی را از آن تولید می نماییم. خلوص اکسید روی تولید شده در این روش از روش قبلی کمتر است.

تولید اکسید روی به روش شیمیایی

این روش که تولید ZnO از آن بسیار ناچیز است و بیشتر جنبه آزمایشگاهی دارد، روش شیمیایی نامیده می شود. در این روش واکنش با یک محلول دارای آب از نمک خالص روی صورت می پذیرد که این محلول برای مثال می تواند هیدروکسید روی باشد. خلوص محصول تولیدی در این روش بسیار بالا ولی میزان آن اندک است.

کاربرد اکسید روی در صنعت

این ترکیب شیمیایی بسیار مهم و پر کاربرد در مشاغل بیشماری مورد استفاده قرار می گیرد. در صنعت از این ماده برای تولید محصولات بسیاری از قبیل پلاستیک ، شیشه ، رنگ ، چسب ، باتری ، مواد اطفای حریق ، سرامیک و لعاب و موارد بسیار زیادی به کار می رود. همچنین اکسید روی به دلیل خواص فوق العاده ای که دارد در مباحث علمی و آزمایشگاهی نیز به وفور مورد استفاده قرار می گیرد که از این خواص می توان به بالا بودن ضریب شکست ، رسانایی بالای حرارتی ، خواص آنتی بیوتیکی و محافظتی در برابر اشعه خورشید را نام برد.

زینک اکساید در صنعت بهداشتی و پزشکی هم به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته و در تولید محصولات زیادی در این حوزه همچون تولید پودر بچه ، انواع کرم های پوستی ، شوینده ها از جمله شامپو و صابون مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که بیان شد به دلیل خواص ضد اشعه ای این محصول از آن در انواع پماد ها و کرم ها به منظور جلوگیری و درمان ضایعات پوستی مورد استفاده می شود. همچنین در زمینه زیبایی و آرایشی نیز این محصول مورد استفاده قرار گرفته و به عنوان ترکیبی برای جلوگیری از صدمه نور خورشید در کرم ضد آفتاب بکار می رود. در این قسمت برخی از مهمترین کاربرد هایی که زینک اکساید در صنعت دارد را مورد بررسی قرار می دهیم:

کاربرد اکسید روی در صنعت لاستیک سازی

لاستیک ها و تایر اتومبیل ها از جمله محصولات پر استفاده هستند که مقاومت و پایداری در آن ها حرف اول را می زند. به منظور پایداری این محصولات پژوهش ها و اقدامات زیادی صورت گرفته است که یکی از موثر ترین این موارد استفاده از اکسید روی در فرایند های ساخت لاستیک می باشد. یکی از فرایند هایی که باعث بالا رفتن مقاومت و بهبود کیفیت لاستیک می شود، حرارت دهی به لاستیک است. این اقدام قدرت ارتجاعی لاستیک را بالا برده و طول عمر آن را افزایش می دهد. به صورت کلی از زینک اکساید در این فرایند یعنی حرارت دهی به لاستیک استفاده می کنند. لاستیک های تولید شده با این روش از استحکام خوبی برخوردار بوده و بازده اقتصادی بهتری را هم برای تولید کننده و هم برای خریدار به ارمغان می آورند.

موارد مصرف اکسید روی در صنعت ساختمان سازی

تولید بتن یکی از مهمترین بخش ها در صنعت ساختمان سازی است. ساخت بتن با کیفیت و مقاومت بالا همواره یکی از چالش هایی بوده که در این صنعت مورد توجه سازندگان و پژوهشگران قرار گرفته است و سال های زیادی است که برای دستیابی به این مهم اقدامات متعددی انجام می شود. این ترکیب شیمیایی با توجه به ویژگی هایی که دارد می تواند در ساخت بتن مورد استفاده قرار گرفته و مقاومت بتن تولیدی را در برابر آب به شدت افزایش دهد و همچنین زمان ساخت بتن را بهبود ببخشد. علاوه بر این مورد زینک اکساید در کنار مواد اولیه دیگری همچون اکسید کلسیم و پودر سنگ آهک در لعاب های کاشی و سرامیک مورد استفاده قرار گرفته و نقطه ذوب آن ها را کاهش می دهد و خاصیت ارتجاعی آن ها را بهبود می بخشد.

استفاده در صنعت شیشه سازی

همانطور که بیان شد ، اکسید روی از پایداری بسیار خوبی برخوردار است و به همین دلیل می تواند در ساخت محصولاتی که مقاومت در آن ها اهمیت بالایی دارد مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین اکسید روی در ساخت انواع شیشه ها و لنزها و عدسی ها مصرف می شود تا مقاومت آن ها را در برابر عوامل محیطی همچون حرارت و ضربه بالا ببرد. مقاومت و استحکام در این صنعت بالاترین اهمیت را به خود اختصاص می دهد.

کاربرد در صنعت نانو تسمه ها

نانو تسمه ها کاربرد های زیادی در بخش های مختلف از جمله اپتیک، کاتالیزور ها و پیزوالکتریک ها دارند و از اکسید های برخی از فلزات همچون روی، کادمیم و قلع حاصل می شوند. استفاده از ذرات اکسید روی باعث تولید نانو تسمه هایی با طول های مختلف از ده تا ۱۰۰ میکرومتر خواهد شد.

کاربرد اکسید روی در صنعت روغن سازی

از مواردی که در روغن های روان کننده مورد استفاده قرار می گیرند، دی آلکیل دی تیوفسفات روی است که در واقع از زینک اکساید به دست می آید. این ترکیب مانع از خوردگی و زنگ زدگی قطعات شده و به همین دلیل جزو جدایی ناپذیر روغن های روان کننده محسوب می شود. در نتیجه استفاده از اکسید روی در کنار دیگر خاک های معدنی مثل بنتونیت در صنایع روغن سازی امری متداول می باشد.

کاربرد اکسید روی در تولید رنگ

به دلیل خواص بیان شده از این محصول، می توان از آن در تولید رنگ هایی با شفافیت بالا و خاصیت ضد خوردگی اشاره کرد. چون رنگ هایی که در ترکیب آنها از این ماده شیمیایی بسیار مهم استفاده می شود می توانند به عنوان رنگ هایی برای مواردی که نیاز به پوشش ضد خوردگی دارند مورد مصرف قرار گیرند، از جمله این موارد می توان به استفاده در ورق های گالوانیزه اشاره کرد که کاربرد بسیاری در صنایع از جمله در صنعت خودروسازی دارند. همچنین زینک اکسید می تواند مانند دی اکسید تیتانیوم و کربنات کلسیم ، پوشش دهی رنگ را افزایش دهد.

کاربرد در صنعت فیلتر سازی

استفاده از این ترکیب شیمیایی در فیلتر های سیگار امری کاملا طبیعی است. به منظور حذف گاز های مضر مانند هیدروژن سولفید و هیدروژن سیانید از دود تنباکو استفاده از فیلترهایی که دارای اکسید روی باشند اهمیت دارد. فیلتر هایی که در ساختار خود از اکسید روی بهره می برند، کیفیت به مراتب بالاتری از فیلتر هایی دارند که از این ترکیب شیمیایی استفاده نمی کنند.

استفاده از اکسید روی در موارد پزشکی

این ترکیب شیمیایی به دلیل بهره مندی از خواص ضد باکتریایی و آنتی بیوتیکی و همچنین سازگاری با محیط زیست در درمان انواع بیماری های پوستی، سوختگی ها و جراحات مورد استفاده قرار می گیرد. ZnO همچنین به ساختار شامپو ها ، پماد های ضد عفونی کننده و نوار های جراحی افزوده می شود و علاوه بر این موارد برای محصولاتی که خاصیت ترمیمی و پروتزی دارند نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

درمان سوزش و خارش پوست از جمله کاربرد های اکسید روی است که در بخش پزشکی به آن نگاه ویژه ای می شود. روی یکی از عناصری است که در واکنش های بیوشیمیایی بدن مورد نیاز می باشد، بنابراین این ترکیب را باید به انواع مکمل های دارویی و غذایی مصرف نمود تا افرادی که با کمبود این ماده معدنی روبرو هستند، درمان شوند. خاصیت گند زدایی این محصول باعث می شود که در بسته بندی محصولات گوشتی و سبزیجات به عنوان نگه دارنده مورد استفاده قرار بگیرد تا از ایجاد هرگونه قارچ و باکتری جلوگیری به عمل آورد.

کاربرد در مصارف آرایشی

اشعه ماورای بنفش یکی از اشعه های مضری است که از خورشید ساطع شده و برای سلامت پوست مضر خواهد بود، لذا خاصیت ضد اشعه ای اکسید روی باعث می شود که در انواع کرم های ضد آفتاب مورد استفاده قرار بگیرد. این ماده همچنین خاصیت ضد آلرژیک داشته و در ساخت انواع اسپری ها و صابون ها استفاده می شود. اما باید در مصرف آن احتیاط کرد که استفاده از این ترکیب برای زخم ها و سوختگی های شدید خطرناک است و نباید روی زخم قرار گیرد.

انواع نانو ساختار های مربوط به اکسید روی

زینک اکساید از لحاظ تنوع مورفولوژی و استفاده بسیار جامع بوده و همین امر باعث پیدایش ویژگی ها و کاربرد های بسیار زیادی در این ترکیب می گردد. از مورفولوژی های ایجاد شده از زینک اکساید می توان به مورفولوژی های کروی ، صفحه ای ، ویسکرز و گل مانند اشاره کرد. در ادامه مهمترین روش های ایجاد نانو ساختار های اکسید روی را بیان می کنیم.

روش های ساخت نانو ساختار های اکسید روی

چندین روش برای تولید نانو ساختار های اکسید روی وجود دارد که در ادامه برخی از مهمترین روش های تولید این نانو ساختار ها را شرح می دهیم:

روش سل-ژل

این روش معمولا برای تولید اکسید های فلزی همگن به کار می رود. در این روش در ابتدا یک سل تولید شده و در نهایت به ژل یا همان مواد جامد تبدیل می شود. به ذره های موجود در مایعات که از ۱۰۰ نانومتر کوچک تر هستند سل می گویند. مواد واکنش دهنده در آغاز فرایند هیدرولیز شده و سپس چگال می شوند و واکنش هایی از نوع پلیمریزاسیون ایجاد می شود. پس از اینکه عملیات هیدرولیز انجام گرفت در مرحله بعد چگالش رخ داده که این عمل باعث حذف شدن آب و الکل از ساختار می گردد و هیدروکسید فلزی به دست می آید. این فرایند در حین انجام عملیات اولاسیون و اکسولاسیون صورت می پذیرد. تفاوت این دو فرایند در این است که در عملیات اولاسیون بین دو کاتیون فلزی ، هیدروکسو یک پل ایجاد می شود اما در فرایند اکسولاسیون پل های M-O-M بین کاتیون های فلز برقرار می گردد.

به منظور متراکم کردن ژل باید مواد حلال را از فرایند حذف کرد و به آن حرارت داد. اگر ماده حلال موجود در ژل در شرایط اتمسفر حذف شود، باعث ایجاد تنش زیادی در ساختار ژل شده که این امر شکست های شدیدی را در سطح ژل ایجاد می کند. به این محصول که در این شرایط حاصل می شود و حالت سخت و شیشه ای دارد زروژل گفته می شود. حال اگر ماده حلال موجود در ژل در شرایطی خارج از شرایط محیط اتمسفری حذف گردد، سبب می شود که تنش و شکست موجود در ساختار ژل ناچیز و جزیی باشد که این محصول ایجاد شده را در طی این فرایند آئروژل می گویند.

به صورت کلی روش سل-ژل برای ایجاد اکسید های فلزی کاربرد خوبی از خود نشان می دهد که علت آن وجود پیوند های فلز با اکسیژن در طی این فرایند است. در بین تمام روش هایی که برای تولید نانو ذرات فلزی اکسید روی وجود دارد، این روش یعنی روش سل-ژل مزایای بیشتری دارا می باشد که یکی از مهمترین آن ها ایجاد نانو ذراتی با درجه خلوص بسیار بالاست که می توانند استفاده بسیاری در صنعت داشته باشند. اما در کنار مزایای زیادی که این روش دارد معایبی را هم برای آن در نظر گرفته اند که از این جمله می توان به هزینه بالای این روش و همچنین استفاده از مواد اولیه سمی در طی این فرایند تولید اشاره کرد.

روش سل-ژل احتراقی

در این روش حلالی وجود دارد که از خود خاصیت سوختنی نشان می دهد و ماده حل شونده ما را درون این حلال حل می کند. اگر هنگام فرایند سوختن حجم این حلال افزایش یابد باعث ایجاد احتراق می گردد. زمانی که فرایند احتراق صورت گرفت ماده حل شونده که درون حلال وجود داشت به صورت ذرات جامدی در ظرف رسوب می کند. ژل تشکیل شده را باید در مرحله بعد بر روی گرمکن قرار داد تا آب موجود در آن تخلیه شود، با انجام این کار ژل موجود از داخل شروع به سوختن می کند و ذره های پودری شکل شروع به فوران می نماید. این فرایند تا زمانی ادامه پیدا می کند تا تمام ژل موجود سوخته و به خاکستر تبدیل شود.

خرید اکسید روی

امروزه این محصول به دلیل کاربرد های فراوانی که در صنایع مختلف دارد را به صورت صنعتی تولید و روانه بازار مصرف می نماییم. اکسید روی تولید شده دارای کیفیت های مختلف و درجه خلوص متفاوت می باشد که با توجه به این موارد قیمت آن دارای نوسان خواهد بود. با توجه به حوزه کاری که شما قصد استفاده از این ترکیب شیمیایی در آن را دارید می توانید کیفیت و درجه خلوص مورد نیاز خود را تعیین کرده و با توجه به شاخص های فنی مورد نیاز خود اقدام به خرید این ترکیب شیمیایی از ما نمایید.