طرح توجیهی تولید شمش سرب و روی

طرح توجیهی تولید شمش سرب و روی
آلیاژهای روی از قرنها پیش استفاده می شده است. کالاهای برنجی که به 1000 – 1400 سال پیش باز می گردند در فلسطین پیدا شده اند و اشیاء رویی با 87٪ روی در ترانسیلوانیا ماقبل تاریخ یافت شده اند. به خاطر نقطه جوش پایین و واکنش شیمیایی این فلز (روی جدا شده دود شده و قابل دست یابی نبود) خصوصیات واقعی این فلز در زمان باستان مشخص نشده بود.

ساخت برنج به رومی ها نسبت داده شده و مربوط به 30 سال پیش از میلاد می باشد. آنها کالامین و مس را با یکدیگر در بوته آهنگری حرارت می دادند که در این عمل اکسید روی در کالامین کاهش می یافت و فلز روی آزاد توسط مس به دام انداخته می شد و به شکل آلیاژ در می آمد. برنج بدست آمده یا در قالب ریخته می شد یا با چکش به شکلهای مختلف در می آمد.

استخراج و تصفیه روی ناخالص در 1000 سال پیش از میلاد مسیح در هند و چین صورت می گرفته است. در غرب نیز کشف فلز روی به Andreas Marggraf آلمانی در سال 1746 بر می گردد. شرح تولید برنج در اروپای غربی در کتابهای آلبرتوس مگنوس در سال 1284 به چشم می خورد.

تولید فلز روی در قرن 16 به میزان قابل توجه شناخته شد. در سال 1546 اعلام کرد که وقتی که سنگ معدن روی گداخته می شود فلز سفید می تواند منقبض شود و دیواره کوره را بتراشد. او در نوشته های خود به این مسئله نیز اشاره کرد که فلزی شبیه آن به نام Zincum در Silesia تولید می شده است.

لایه های الکترونی
وزن اتمی 65,38 چگالی 7,133 نقطه ذوب 419,83 درجه سانتیگراد درجه سختی بر حسب واحد موهس 2/5 دارای ظرفیت 2 در گروه IIB جدول تناوب دارای ایزوتوپهای طبیعی 70 – 68 – 66 – 64 و ایزوتوپهای رادیواکتیو 72 – 71 – 69 – 65 – 63 – 60 روی فلز نرم و سفید با قابلیت چکش خواری با جلای خاکستری متمایل به آبی قابل حل در اسیدها و بازها و غیرقابل حل در آب می باشد.

روی فلزی است که در Vielle Montagne و Zinkgruvan استخراج می شود و برای آبکاری فولاد مورد استفاده قرار می گیرد. مانند فلزات دیگر به آرامی واکنش نشان می دهد. با اکسیژن و دیگر غیر فلزات ترکیب شده و با اسید رقیق واکنش نشان داده و گاز هیدروژن آزاد می کند.

چهارمین فلز متداول و مورد استفاده بوده و فلز روی بعد از آهن، آلومینیوم و مس بیشترین فلز تولیدی می باشد. حالت اکسیداسیون متداول این عنصر +2 می باشد.

کاربرد سرب و روی

روی برای آبکاری فلزها استفاده می شود تا از زنگ زدگی آنها جلوگیری کند. روی در آلیاژهایی نظیر برنج Nickel Silver فلز ماشین تحریر فرمولهای مختلف لحیم نقره آلمانی و … بکار می رود. برنج بخاطر استقامت و مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی کاربردهای وسیعی دارد.

فلز روی بطور گسترده در صنعت خودروسازی در Die Casting ها استفاده می شود. فلز روی لوله ای بعنوان قسمتی از محتوی باتريها مورد استفاده قرار می گیرد. اکسید روی به عنوان رنگ دانه های سفید در رنگهای آبی و همچنین به عنوان فعال کننده در صنعت Rubber استفاده می شود.

به عنوان Over the counter ointment به صورت لایه نازکی بر روی پوست بی حفاظ صورت و بینی استفاده می شود تا از کم شدن آب پوست جلوگیری کرده و در برابر آفتاب سوختگی در تابستان و باد زدگی در زمستان از پوست محافظت کند.

استفاده از فلز روی برای کودکان در هر مرحله از عوض کردن کهنه کودک توصیه شده زیرا از تحریکات پوستی جلوگیری می کند. کلرید روی به عنوان بوگیر و همچنین محافظ چوب نیز مورد استفاده قرار می گیرد. سولفید روی در رنگدانه های درخشان، برای تولید عقربه های ساعت و موارد دیگری که در تاریکی می درخشد استفاده می شود.

اکسید روی
محلولهای ضدعفونی کننده ای که از Calamine ساخته شده و ترکیبی از Zn-Hydroxy-Carbonate و سیلیکات است برای درمان جوش های پوستی استفاده می شود. فلز روی شامل ویتامین های مورد مصرف روزانه و مواد معدنی نیز می باشد و با توجه به فلزات دیگر این فلز دارای خاصیت ضد اکسیداسیون است.

که از پیری زودرس پوست و مفصل های بدن محافظت می کند. با بررسی خواص فلز روی به این نتیجه رسیده اند که این عنصر می تواند به بهبودی بعد از عمل جراحی سرعت بخشد. Zinc Gluconate Glycine از قرص های مکیدنی برای درمان سرماخوردگی و التهاب دهان و لوزه ها می باشد.

نقش زیست شناختی

روی از عناصر ضروری زندگی انسان است که برای بقاء و زندگی وی لازم است. کمبود روی در حیوانات موجب افزایش وزن می شود. روی در انسولین Zinc Finger Proteins و آنزیم هایی مانند Super Oxide Dismutase وجود دارد. بر اساس بسیاری از منابع مصرف قرصهای حاوی روی می تواند در برابر سرماخوردگی و آنفلوآنزا ایمنی ایجاد کند.

با این حال هنوز بر سر این مساله اختلاف نظر وجود دارد. در واقع فلز روی یک ماده معدنی اصلی کمیاب است که بعد از آهن، بیشترین میزان را در بدن داراست. فلز روی به طور عمده در ماهیچه ها ذخیره می شود، اما در یاخته های خونی سفید و قرمز، پرده شبکیه چشم، استخوانها، پوست، کلیه ها، کبد و پانکراس نیز یافت می شود.

غده پروستات در مردان نسبت به سایر اعضا، بیشترین مقدار روی را داراست. بعضی از تحقیقات و مطالعات نشان دهنده مؤثرترین قرص های روی در جلوگیری و کاهش علایم سرماخوردگی بوده است. شما می توانید قرص های روی را به راحتی از داروخانه برای درمان سرماخوردگی بخرید.

کاربردهای روی در پزشکی

مکمل های فلز روی می توانند دارای فواید زیر باشند :

• کمک به جلوگیری از سرطان
• جلوگیری و درمان ریزش مو
• تقویت فعالیت سیستم ایمنی
• تسریع بخشیدن به بهبود زخمها
• درمان آکنه
• جلوگیری از دژنراسیون ماکولا (از بین رفتن بینایی که در افراد مسن اتفاق می افتد)
• درمان بعضی از موارد بی اشتهایی عصبی (بی اشتهایی نشانه ای از کمبود روی است و افراد در دهه دوم زندگی بیشتر در معرض خطر کمبود روی ناشی از فقر غذایی هستند)
• تقویت و بهبود باروری مردان مخصوصا در بین سیگاری ها.
• درمان روماتیسم مفصلی (با داشتن آثار ضدالتهابی)
• درمان بیماری ویلسون (یک اختلال ناشی از ذخیره بیش از حد مس)
• کاهش تغییرات در حس چشایی طی درمان سرطان.
• تقویت حس چشایی و بویایی.

بعضی از بیماری ها، بر روی جذب فلز روی تأثیر می گذارند یا باعث افزایش نیاز به روی می شوند. لذا این بیماران از مکمل های روی سود می برند:

• آکرودرماتیت آنتروپاتیکا (بیماری ارثی که به علت سوء جذب فلز روی ایجاد می شود)
• الکلیسم
• دیابت قندی
• بیماری کلیه
• بیماری سلیاک
• بیماری روده التهابی مانند کولیت زخم شونده
• اسهال مزمن
• بیماریهای پانکراس
• مشکلات پروستات (بزرگی خوشخیم پروستات، تورم پروستات، سرطان پروستات) زنانی که حامله هستند یا بچه شیر  می دهند و یا اینکه از قرص های خوراکی ضد حاملگی استفاده می کنند، نیز نیاز بیشتری به فلز روی دارند.

روش تولید

برای تولید فلز روی ابتدا خاک معدنی روی خرد و آسیاب می شود و در صورت داشتن سرب به همراه خود، به واحد فلوتاسیون منتقل می شود تا جدا شود. خاکهای سولفوره نیز پس از انتقال به کوره به حالت اکسیده تبدیل شده و قابل استفاده می شوند.

پس از آماده سازی خاک، کنسانتره به دست آمده در مخازن استیل، توسط سولفوریک اسید و آب مورد عمل لیچینگ قرار می گیرند، سولفات آهن و سولفات آلومینیوم جهت رسوب دهی با هالوژن هایی نظیر کلر و فلوئور برای جلوگیری از چسبندگی در کاتدها استفاده می شوند.

روی موجود در خاک با عمل لیپینگ حل شده و سولفات روی به دست می آید. نیکل، کبالت، کادمیوم، آهن و برخی عناصر دیگر موجود در خاک نیز به همراه روی حل می شوند، از اینرو باید قبل از الکترولیز یون های مزاحم حذف شوند.

برای حذف آهن و کبالت از محلول، پرمنگنات پتاسیم به همراه آمونیوم پرسولفات اضافه می شود. تا آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی تبدیل شود. با افزودن دوغاب آهک هیدراته به محلول و بالا بردن pH، آهن و کبالت اکسید شده و رسوب می دهند و از محلول جدا می شوند.

منابع غذایی فلز روی

ما 20 تا 40 درصد میزان فلز روی موجود در غذا را جذب می کنیم. غذاهایی مانند گوشت قرمز، ماهی، مرغ و بوقلمون، آماده ترین شکل قابل دسترس روی قابل جذب هستند. روی موجود در سبزیجات کمتر برای بدن ما قابل دسترس است و فیبر سبزیجات به تنهایی میزان روی را که قابل جذب و استفاده است کمتر می کند. محصولات لبنی و تخم مرغ دارای میزان نسبتاً خوبی روی هستند اما جذب روی از این مواد مشکلتر است.

اشکال دیگر

سولفات روی رایج ترین مکمل قابل استفاده آن است. این ترتیب نسبت به سایر اشکال کمترین قیمت را دارد. اما حداقل جذب را دارد و باعث آشفتگی معده می شود. پزشک معالج معمولاً 220 میلی گرم از سولفات روی را که حاوی تقریبا 55ً میلی گرم عنصر آن است، تجویز می کند.

شکلهای قابل جذبتر که قابل دسترس هستند عبارتند از: پیکولینات روی، سیترات روی، استات روی، گیسرات روی و مونومیتونین. اشکال مختلف این فلز دارای میزان متفاوتی از روی در ترکیب هستند. در برچسب این ترکیبات، همیشه به دنبال میزان عنصر روی بگردید.

معمولاً ترکیبات آن دارای 30 تا 50 میلی گرم از عنصر فلز روی هستند. به خاطر داشته باشید که از غذای روزانه چیزی حدود 10 تا 15 میلی گرم از این فلز جذب می کنید، پزشک معالج شما هنگام تجویز مکمل های روی، باید این میزان دریافتی روزانه از طریق غذا را در نظر داشته باشد.

قرص های روی در داروخانه ها و بقالی ها قابل دسترس هستند و برای درمان سرماخوردگی مفید هستند. همچنین جوانه گندم منبع خوبی از آن می باشد که خوردن آن به همه افراد توصیه می شود.

فلز سرب

سرب از عنصرهای شیمیایی واسطه در جدول تناوبی است. همچنین در رده فلزها قرار دارد. این فلز تشعشعات هسته ای را عبور نمی دهد و در طبیعت به شکل کانی به نام گالن (سیستم تبلور کوبیک یا مکعبی) یافت می گردد.

سرب عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Pb و عدد اتمی 82 وجود دارد و عنصری سنگین، سمی و چکش خوار است که دارای رنگ خاکستری کدری می باشد. هنگامیکه تازه تراشیده شده سفید مایل به آبی است اما در معرض هوا به رنگ خاکستری تیره تبدیل می شود.

از آن در سازه های ساختمانی، خازن های اسید سرب، ساچمه و گلوله استفاده شده و نیز بخشی از آلیاژهای لحیم، پیوتر و آلیاژهای گدازپذیر می باشد و سنگین ترین عنصر پایدار است. سرب فلزی است براق، انعطاف پذیر، بسیار نرم، شدیداً چکش خوار و به رنگ سفید مایل به آبی است.

که از خاصیت هدایت الکتریکی پایینی برخوردار می باشد. این فلز حقیقی به شدت در برابر پوسیدگی مقاومت می کند و به همین علت از آن برای نگهداری مایعات فرسایشگر (مثل اسید سولفوریک) استفاده می شود. با افزودن مقادیر خیلی کمی آنتیموان یا فلزات دیگر به این فلز می توان آنرا سخت نمود.

کاربردهای فلز سرب

کاربردهای اولیه آن عبارت بودند از: سازه های ساختمانی، رنگدانه های مورد استفاده در لعاب سرامیک و لوله های انتقال آب. کاخها و کلیسا های بزرگ اروپا در وسایل تزئینی، سقفها، لوله ها و پنجره هایشان دارای مقادیر قابل توجهی از این فلز هستند.

این فلز (در حالت عنصری) پس از آهن، آلومینیم، مس و روی بیشترین کاربرد را دارد. موارد استفاده معمولی آن به شرح زیر است: در باتریهای اسید سرب، در اجزای الکترونیکی، روکش کابل، مهمات، در شیشه CTR ها، سرامیک، شیشه های سربدار،

لوله های سربی (استفاده از این اتصالات در لوله های آب آشامیدنی در دهه 90 در آمریکا غیرقانونی شد و امروزه کاربرد آنچنانی ندارند) در رنگها (از سال 1978 در آمریکا وبه تدریج از دهه 60 تا دهه 80 در انگلستان ممنوع شد اگرچه رنگ سطوح قدیمی می توانست تا 50 ٪ وزن از سرب باشد) آلیاژها، پیوتر، اتصالات و مواد پرکننده دندان.

همچنین در بامها بعنوان درزگیر برای محافظت اتصالات در برابر باران مورد استفاده قرار می گیرد. در بنزین بصورت تترااتیل و تترا متیل سرب برای کاهش صدای موتور کاربرد داشت. البته فروش بنزین سربدار در آمریکا از سال 1986 و در اتحادیه اروپا از سال 1999 ممنوع شد.

به علت فراوانی این فلز (هنوز هم اینگونه است)، تهیه آسان، کارکردن آسان با آن، انعطاف پذیری و چکش خواری بالا و پالایش راحت، حداقل از 7000 سال پیش مورد استفاده بشر می باشد. در کتاب خروج (بخشی از انجیل) به این عنصر اشاره شده است.

کیمیاگران می پنداشتند سرب قدیمی ترین فلز بوده و به سیاره زحل مربوط می شود. لوله های سربی که نشانه های امپراتوری روم را حمل می کردند هنوز هم بکار می روند. در اواسط دهه 80 تغییر مهمی در الگوهای پایان استفاده از این فلز بوجود آمده بود.

بیشتر این تغییر ناشی از پیروی مصرف کنندگان سرب آمریکا از قوانین زیست محیطی بود که بطرز قابل ملاحظه ای استفاده از آن را در محصولات بجز باتری از جمله بنزین، رنگ، اتصالات و سیستم های آبی کاهش داده یا حتی حذف کرد.

جداسازی

سرب محلی در طبیعت یافت می شود اما کمیاب است و امروزه معمولاً در کانیهایی همراه با روی، نقره و (بیشتر) مس یافت می شود و به همراه این مواد جدا می گردد. ماده معدنی اصلی آن گالن (PbS) است که حاوی 86/6% سرب می باشد. سایر کانیهای مختلف و معمول آن سروسیت و انگلسیت می باشند.

اما بیش از نیمی از سربی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد بازیافتی می باشد. سنگ معدن بوسیله مته یا انفجار جداشده سپس آنرا خرد کرده و روی زمین قرار می دهند. بعد از آن سنگ معدن تحت تأثیر فرآیندی قرار می گیرد که در قرن نوزدهم در Broken Hill استرالیا بوجود آمد.

یک فرآیند شناورسازی، سرب و دیگر مواد معدنی را از پس مانده های سنگ جدا می کند تا با عبور سنگ معدن، آب و مواد شیمیایی خاص از تعدادی مخزن که درون آنها دوغاب همیشه مخلوط می شود، عصاره ای بوجود آید.

درون این مخزنها هوا جریان یافته و سولفید آن به حباب ها می چسبد و بصورت کف بالا آمده که می توان آنرا جدا نمود. این کف (که تقریباً داری 50 ٪ سرب است) خشک شده سپس قبل از پالایش به منظور تولید این فلز 97٪ سینتر می شوند.

بعد آن را طی مراحل مختلف سرد کرده تا ناخالصیهای (ریم) سبک تر بالا آمده و آنها را جدا می کنند. فلز مذاب با گداختن بیشتر بوسیله عبور هوا از روی آن و تشکیل لایه ای از تفاله فلز که حاوی تمامی ناخالصیهای باقیمانده می باشد تصفیه شده و سرب خالص 99/9% بدست می آید.

سازمانهای صادرکننده مجوزهای قانونی

سازمان صنعت، معدن و تجارت – سازمان محیط زیست

بررسی بازار و رقابت

براساس اطلاعات بازار فلزات لندن، آسیا با تولید حدود 54 درصد فلز روی جهان، بیش از نیمی از تولید جهانی این فلز را به خود اختصاص داده و پس از آن اروپا با 23 درصد در رتبه دوم قرار گرفته است. آمریکا، اقیانوسیه و آفریقا به ترتیب با 17 ،4 و 2 درصد، جایگاه های بعدی را در تولید روی به خود اختصاص داده اند.

فلز روی بعد از آهن، آلومینیوم و مس چهارمین فلز مورد استفاده در دنیا می باشد. از موارد استفاده روی میتوان آلیاژهای مختلف و فولاد گالوانیزه را نام برد قیمت جهانی روی طی یکسال اخیر دچار تلاطم های زیادی شده است اما با تمام این تلاطم ها توانسته روند صعودی را داشته باشد که نتیجه آن معامله شدن این فلز، به بالاترین قیمت در طول یکسال گذشته می باشد.

مصارف صنعتی

حدود 50 درصد از کل فلز روی جهان در تولید فلز گالوانیزه، 18 درصد در تولید برنج و برنز و 13 درصد در تولید آلیاژها به کار می روند. 9 درصد از میزان کل فلز روی تولیدشده در صنایع شیمیایی، 8 درصد در صنعت ریخته گری و 3 درصد بقیه در سایر صنایع به کار می رود.

بررسی ها نشان می دهد از نظر مصرف نهایی، 48 درصد روی تولیدی در صنایع ساختمانی، 10 درصد در تولید ماشین آلات و تجهیزات فنی، 10 درصد در تولید مصنوعات خانگی، 23 درصد در صنایع اتومبیل سازی و حمل ونقل و 9 درصد در صنایع زیربنایی مورد استفاده قرار می گیرد.

جایگاه ایران در صنعت فلز روی و سرب جهان 

ایران چهارمین تولیدکننده بزرگ ماده معدنی سرب و روی در آسیا بعد از چین، قزاقستان و هند می باشد. همچنین از نظر تولید شمش روی جایگاه ششم و از نظر تولید سرب جایگاه پنجم را در آسیا دارا می باشد. بر طبق گزارشات گروه بین المللی مطالعات این فلزات، مصرف سرانه روی در ایران 1/14 کیلوگرم در سال می باشد.

که این میزان معادل مصرف سرانه روی در آمریکای جنوبی می باشد. متوسط مصرف سرانه در اروپای غربی 5/9 کیلوگرم و در آمریکای شمالی 3/4 کیلوگرم می باشد. در چین متوسط سرانه مصرف در حدود 2/5 کیلوگرم می باشد. این مطلب نشان می دهد که ایران دارای پتانسیل قابل ملاحظه ای در جهت افزایش تقاضای فلز روی بخصوص در صنایع گالوانیزاسیون و زیرساخت ها دارد.

در حوزه سرب نیز چشم انداز روشنی در خصوص افزایش تقاضا در ایران وجود دارد. در اروپای غربی متوسط هدف سرانه سالانه 4 کیلوگرم می باشد. در چین متوسط مصرف سرانه 1/7 کیلوگرم و در هند 0/15 کیلوگرم می باشد. در ایران متوسط مصرف سرانه سرب 0/93 کیلوگرم باشد باطریهای سرب اسید مصرفی در اتومبیلها، موتورهای برقی، برق جانشین در شبکه کامپیوتر و مخابرات می تواند بازار عمده ای در ایران بوجود آورد.

حدود 3 درصد از ذخایر جهانی فلز روی و سرب در مهمترین معادن ایران قرار دارد. ایران با وجود دو معدن بزرگ مهدی آباد و انگوران منابع کافی را برای فعالیت در این صنعت داراست. بخشی از تولید روی در کشور تحلیل صنعت سرب و روی 5 مصرف می شود و بخش قابل توجهی از آن نیز صادر می شود.

با توجه به محدودیت منابع روی در جهان و مصارف متنوع آن در صنایع گالوانیزه، تولید آلیاژهای مختلف و همچنین مصارف نوین پیشبینی شده در باتریهای وسایل نقلیه الکتریکی، بازار تضمین شده ای برای فلز روی وجود دارد.