إن مركب أكسيد الزنك عبارة عن مسحوق أبيض أو أبيض مصفر، وهو عديم الرائحة ذا طعم مر، حيث يتواجد على صورة بلورة سداسية، تمتلك معامل انكسار مقداره 2.008، الكثافة مقدارها 5.606 جم لكل سم مكعب، كما أنه يذوب عند 1،975 درجة مئوية، ولكنه غير قابل للذوبان عمليا في الماء 1.6 ملغم لكل لتر عند حوالي 30 درجة مئوية، وهو قابل للذوبان في الأحماض المخففة، محلول الأمونيا وهيدروكسيدات قلوية، وفي هذا المقال سيتم ذكر أساليب إنتاج أكسيد الزنك:
أساليب انتاج أكسيد الزنك
الأسلوب الأول
- في الوقت الحالي تعتبر الطرق المستخدمة في إنتاج أكسيد الزنك هي الطريقة غير المباشرة لسبائك الزنك كمواد خام، وخام الزنك كطريقة مباشرة للمواد الخام وطريقة رطبة، وهناك طريقة غير مباشرة، وتكون معادلة التفاعل كما في التالي:
2ZnO + O2 → 2ZnO
- طريقة التشغيل: يتم فيها تسخين سبائك الزنك الناتجة عن طريقة التحليل الكهربائي إلى درجة حرارة مقدارها يتراوح بين 600-700 درجة مئوية ويتم صهرها، وتوضع في بوتقة بدرجة حرارة عالية، ويتم صهرها وتبخيرها عند درجة حرارة تتراوح بين 1250-1300 درجة مئوية ويتم إدخالها في الهواء الساخن من أجل الأكسدة و يتم تبريد أكسيد الزنك الناتج.
- طريقة مباشرة، تكون معادلة التفاعل كما في التالي:
C + O2 → CO2
CO2 + C → CO
ZnO+CO→Zn (Steam）+CO2
Zn (Steam）+CO+O2→ZnO+CO2
- طريقة التشغيل: مسحوق خام الزنك المحمص (أو مادة الزنك) والأنثراسايت (أو فحم الكوك بهدوء)، الحجر الجيري المصاغ في كرة بنسبة 1: 0.5: 0.05، بعد الاختزال والصهر عند 1300 درجة مئوية، يتم اختزال أكسيد الزنك الموجود في مسحوق الخام إلى بخار الزنك، ثم يتأكسد بالهواء، ويتم جمع أكسيد الزنك الناتج للحصول على منتج أكسيد الزنك.
- طريقة الرطب، يتفاعل الزنك وحمض الكبريتيك للحصول على كبريتات الزنك ثم التفاعل مع كربونات الصوديوم والأمونيا على التوالي، كما تم استخدام كربونات الزنك وهيدروكسيد الزنك كمواد خام لإنتاج أكسيد الزنك، وتكون معادلة التفاعل كما يلي:
↑Zn+H2SO4→ZnSO4+H2
ZnSO4 + Na2CO3 → ZnCO3 + Na2SO4
ZnSO4+2NH3•H2O→Zn(OH)2+(NH4)2SO4
- يتم استخدام كربونات الزنك كمادة خام بعد الغسيل والتجفيف والتكلس والسحق للحصول على منتجات أكسيد الزنك.
↑ZnCO2→ZnO+CO2
- مع هيدروكسيد الزنك كمادة خام، بعد الغسيل والتجفيف والتكلس والترسيب والتبريد والسحق للحصول على منتجات أكسيد الزنك.
Zn(OH)2→ZnO+H2O
الأسلوب الثاني
- طريقة تكليس كربونات الزنك الأساسية: إن طرق إنتاج أكسيد الزنك النشط أكثر، معظم أكسيد الزنك منخفض الدرجة أو خام الزنك كمواد خام، والتفاعل مع محلول حمض الكبريتيك المخفف، وهو مصنوع من محلول كبريتات الزنك، حيث يتم تسخين المحلول إلى 80 ~ 90 درجة مئوية.
- ثم تتم إزالة الحديد والمنغنيز مع انضمام أكسيد برمنجنات البوتاسيوم، ثم تسخينه إلى 80 درجة مئوية، وإضافة الزنك واستبدال النحاس السائل والنيكل والكادميوم، وبعد أن تتم عملية الاستبدال، تتم للأكسدة الثانية عملية إزالة الشوائب باستخدام برمنجنات البوتاسيوم في 80 إلى 90 درجة مئوية ومحلول كبريتات الزنك المكرر.
- كما ويتم استخدام رماد الصودا حتى تبلغ قيمة الرقم الهيدروجيني 6.8، ويتم تكوين كربونات الزنك الأساسية ثم تتم تصفيتها، وبعد ذلك شطفها من أجل إزالة الكبريتات والقلويات الزائدة، ثم يتم بعد ذلك بتجفيفها وتكليسها عند 500 ~ 550 درجة مئوية من أجل الحصول على أكسيد الزنك النشط.
ZnO+H2SO4→ZnSO4+H2O
↑3ZrSO4+3Na2CO3+3H2O→ZnCO3.2Zn(OH)2.H2O+3Na2SO4+2CO2
ZnCO3.2Zn(OH)2.H2O→3ZnO+C02++3H2O
تفاعلات أكسيد الزنك
- يتفاعل مركب أكسيد الزنك مع الأحماض المعدنية من أجل عملية إنتاج أملاح الزنك المقابلة عندما يتبخر المحلول، وهكذا فإنه مع حامض الكبريتيك يعمل على تشكيل مادة كبريتات الزنك (رطب) تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
- يتفاعل مركب أكسيد الزنك مع ثنائي كرومات البوتاسيوم في محلول في وجود حمض الكبريتيك من أجل تشكيل صبغة صفراء مخضرة، أصفر زنك أو أصفر سيترون (4ZnO • 4CrO3 • K2O • 3H2O)
- أما عند التفاعل مع الأحماض العضوية مثل حمض الخليك أو البروبيونيك فإنه ينتج عن هذه التفاعلات مركب أسيتات الزنك (CH3COO)2Zn أو مركب بروبيونات الزنك (CH3CH2COO)2Zn، عند التركيز، كما أنه ينتج عن اندماج أكسيد الزنك مع الأحماض الدهنية في درجات حرارة مرتفعة أملاح دهنية.
- وهكذا فإن الاندماج مع حمض الأوليك أو حمض اللينوليك يشكل أوليات الزنك أو الزنك (C17H33COO)2، أو لينوليت الزنك، والزنك (C17H31COO)2، ويؤدي التفاعل مع مسحوق التيلوريوم في محلول قلوي إلى إنتاج مادة تيلورايد الزنك البلوري الأحمر ذات الصيغة الكيميائية التالية: (ZnTe).
