اکسید روی چیست و در چه مواردی به کار می رود؟

اکسید روی یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی ZnO است که در حالت خالص به صورت پودری سفید رنگ وجود داشته و منشأ طبیعی آن نیز کانی زنسیت می باشد. این ترکیب در آب محلول بوده و در دنیای تجاری از نوع سنتزشده و مصنوعی آن استفاده می‌شود. با توجه به اینکه اکسید روی در فرایند تولید روی ایجاد می شود، قیمت اکسید روی تابعی از قیمت جهانی روی است. 

این ماده شیمیایی به عنوان ماده افزودنی در تهیه مواد و محصولات زیادی همچون مکمل های غذایی، سرامیک، شیشه، لاستیک، پلاستیک، مواد آرایشی، رنگ، انواع چسب، روغن و روان کننده ها، رنگدانه های تجاری، باتری، آهنرباهای فریت، بازدارنده های آتش و… مورد استفاده قرار می گیرد.

ویژگی های جالب و ارزشمند این ترکیب چون شفافیت بالا، محدوده شکاف انرژی وسیع، تحرک بالای الکترون ها و تابندگی نور زیاد به هنگام برانگیختگی الکترون ها موجب شده است تا از این ترکیب در ساخت الکترود نمایشگر ها، ترانزیستور ها و چراغ های LED نیز استفاده شود.

تاریخچه استفاده و تولید اکسید روی

آشنایی با فرآیند های تهیه اکسید روی

هر ساله هزاران تن از اکسید روی به شیوه های متفاوت تولیدشده و در زمینه های مختلفی به مصرف می رسد. تهیه این ترکیب به چند روش کلی صورت می گیرد که در ادامه هر یک از این روش ها را به صورت خلاصه شرح خواهیم داد.

روش غیر مستقیم : در روش غیر مستقیم ، فلز روی ( کاربردهای فلز روی ) را در بوته های گرافیتی ذوب کرده و در دمای بالاتر از ۹۰۷ درجه سانتی گراد به بخار تبدیل می کنند. بخار روی با اکسیژن موجود در هوا واکنش‌داده و با افت دما ZnO درخشان و روشن تشکیل‌ می‌گردد. در ادامه، ذرات اکسید روی به یک مجرای خنک‌کننده منتقل‌شده و در یک محفظه جمع‌آوری می‌شوند. بیشترین میزان اکسید روی تولید شده در جهان به همین شیوه غیر مستقیم تولید می گردد.

روش مستقیم : در روش مستقیم، سنگ های حاوی روی را ذوب کرده و سپس مواد ذوب شده با حرارت دیدن توسط یک منبع کربنی مثل آنتراسیت به بخارات روی کاهیده می شوند (کاهش کاربوترمال). محصول تولید‌شده در این مرحله، روش غیر مستقیم را ادامه داده و به همان شیوه اکسید می شود. تفاوت این روش با شیوه قبلی در میزان درجه خلوص مواد اولیه مورد استفاده است. در روش مستقیم فرآورده نهایی از خلوص کمتر و در نتیجه کیفیت پایین تری برخوردار است.

فرآیند شیمیایی مرطوب : در این روش، فرآیند تولید اکسید روی از محلول های آبی نمک روی آغاز می شود. از این محلول ها می توان رسوب کربنات روی یا هیدروکسید روی را به دست آورد و سپس این رسوبات جامد را در دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد کلسینه نمود.

 جالب است بدانید در روش چهارم که سنتز آزمایشگاهی است می توان با تغییر میزان غلظت اکسیژن استفاده‌شده در تهیه ترکیب نهایی، رنگ اکسید روی را به صورت سبز یا قرمز درآورد.

کاربردها

• مصارف صنعتی

این ترکیب در ساخت مواد فراوانی در صنعت مانند پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیمان، لاستیک (تایر اتومبیل)، نرم کننده، رنگ ها، موم ها، چسب، غذاها، باتری و… استفاده می‌شود. پودر اکسید زینک کاربردهای فراوانی دارد. کاربردهای اصلی آن به صورت خلاصه ارائه می شود. بیشتر کاربردها از واکنش اکسید روی به عنوان ماده تشکیل دهنده سایر اجزای روی استفاده می کنند.

کاربرد آن در علم مواد شامل ضریب شکست بالا، رسانایی حرارتی بالا، آنتی بیوتیک و مواد محافظ اشعه UV می باشد. به طریق مشابه به موادی مثل پلاستیک، سرامیک، شیشه، چوب، سیمان، رنگ، گریس، پماد، چسب، مهر، رنگ دانه، باتری، مدار به کار رفته در اطفاع حریق و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. در ادامه جهت اطلاع از فهرست کارخانه های روی در ایران توصیه می کنیم مقاله لیست کارخانه های روی ایران ، را مطالعه نمایید.

• ساخت لاستیک

 بین ۵۰ تا ۶۰ درصد استفاده از ZnO در صنعت لاستیک می باشد. در این صنعت از اکسید روی و اسید استئاریک در فرآیندجوشاندن لاستیک استفاده می کنند. افزودن اکسید روی موجب مقاومت لاستیک در برابر عوامل مخربی چون قارچ ها و همچنین نور فرابنفش می گردد.

• صنعت سرامیک

اکسید روی در صنایع سرامیک سازی به طور گسترده ای در تولید لعاب به کار می رود. ظرفیت حرارتی نسبتاً بالا، هدایت حرارتی مناسب و ضریب انبساط کم این ماده موجب‌شده تا صنعتگران از آن در تولید سرامیک، لعاب و میناکاری استفاده نمایند.

• افزودنی غذایی

 در صنایع غذایی اکسید روی به عنوان منبعی از عنصر ضروری روی به فرآورده هایی چون غلات صبحانه، کورن فلکس و مکمل های غذایی اضافه می شود. البته این نکته نیز شایان ذکر است که به منظور غنی کردن فرآورده های غذایی از روی، از سولفات روی ( مشخصات و کاربرد سولفات روی ) نیز استفاده می شود.

• تولید رنگدانه های تجاری

اکسید روی یکی از مواد اولیه در تولید رنگدانه های لازم برای پوشش های کاغذ و رنگ سفید ظروف چینی بوده و به طور کلی در کنار تیتانیوم یکی از اصلی ترین پایه های رنگ سفید به حساب می آید. رنگ های حاوی این ترکیب به دلیل بهره مندی اکسید روی از قابلیت مقاومت در برابر اشعه UV، رطوبت، خوردگی، اثر تخریبی میکروارگانیسم ها و حتی آتش برای نقاشی دیوار های داخلی، نمای خارجی ساختمان ها و حتی خودرو نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

• صنعت آرایشی و بهداشتی

ZnO در تهیه فرآورده‌های آرایشی و بهداشتی نیز کاربرد داشته و تولید کنندگان فعال در این حوزه، از آن برای تولید محصولاتی چون لاک ناخن، لوسیون بدن بچه، صابون، پمادهای صورت و همچنین مواد آرایشی استفاده می‌کنند. اکسید روی به دلیل قابلیت خود در جذب بالای اشعه فرابنفش خورشید در ساخت ضد آفتاب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این ترتیب، از پوست در برابر آفتاب‌سوختگی محافظت می‌نماید.

• بهسازی متان

در مرحله پیش تصفیه متان ، برای حذف سولفید هیدروژن از گاز طبیعی از ZnO استفاده می شود. این ترکیب در واکنش با سولفید هیدروژن، آب و سولفید روی را تولید می کند.

• پزشکی

یکی دیگر از کاربرد های اکسید روی در حوزه پزشکی می باشد؛ چرا که این ترکیب دارای خاصیت ضدعفونی کننده بوده و جاذب بسیار مناسبی برای اشعه فرابنفش است. در دنیای پزشکی از این ترکیب برای درمان انواع بیماری های پوستی از جمله درماتیت، خارش ناشی از اگزما، سوختگی، بریدگی و حتی آکنه استفاده می شود.

به غیر از این موارد برای ساخت شامپو های ضد شوره و همچنین پمادها و کرم های محافظت کننده پوست بدن در برابر آفتاب سوختگی نیز اکسید روی مورد استفاده قرار می گیرد.

روش اﺳﺘﻔﺎده از ﻛﺎنیﻫﺎی روی اکسید‌شده

ذرات ﻧﺎﻧﻮ اکسید روی در ﺻﻨﺎﻳﻊ ﻣﺨﺘﻠﻒ اﻋﻢ از ﻏﺬایی، دارویی، ﻻستیکﺳﺎزی، اﻟﻜﺘﺮونیکی و ﻣﻮارد ﻣﺸﺎﺑﻪ ﻛﺎرﺑﺮد ﻓﺮاوانی ﭘﻴـﺪا ﻛـﺮده اﺳﺖ. اﻳﻦ ﻣﺎده ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از روشﻫﺎی ﮔﻮﻧﺎﮔﻮن و ﺟﺪﻳﺪ به عبارت دﻳﮕﺮ ﺑﺎ اﺑﺘﻜﺎرات ﻧﻮﻳﻦ در دﻧﻴﺎ در ﺣﺎل ﺳﺎﺧﺖ می ﺑﺎﺷﺪ و آﺛـﺎر ﻣﻜﺘـﻮب ﺳﺎﻻﻧﻪ ﻣﺤﻘﻘﺎن ﮔﻮﻳﺎی اﻳﻦ اﻣﺮ اﺳﺖ. در اﻳﻦ زﻣﻴﻨـﻪ ﺗﻌـﺪادی از ﻣﺤﻘﻘـﻴﻦ ﺑـﻪ ﺑﺮرسی ﺗﻮﻟﻴـﺪ ذرات ﻧـﺎﻧﻮی اکسید روی و ﺧﺼﻮﺻﻴﺎت ﭘﻴﻮﻧﺪ آن ﭘﺮداﺧﺘﻨﺪ.

آن ها ذرات ﻧﺎﻧﻮ اکسید روی را از ﻃﺮﻳﻖ ﺗﺮکیب ﻫﻤﻮژنی به دﺳﺖ آوردﻧﺪ. ﺑﺮای ﺟﻠـﻮﮔﻴﺮی از ﺗﺠﻤـﻊ و آﮔﻠﻮﻣﺮاﺳﻴﻮن ذرات روی و اﺻﻼح ﺳﻄﺢ ﻣﻮﺛﺮ از روش ﭘﻴﻮﻧﺪ پلی ﻣﺘﻴﻞ ﻣﺘﺎﻛﺮﻳﻠﻴﺖ اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮدﻧﺪ. ﺑﺪﻳﻦ ﺻﻮرت ﻛـﻪ اﺑﺘـﺪا ﺑـﺎ یک ﻋﺎﻣﻞ ﺗﺰوﻳﺞ ﻛﻨﻨﺪه ﺳﻄﺢ ذرات اکسید روی را ﻋﻤﻞ آوری می ﻛﺮدﻧﺪ ﻛﻪ ﺑﺎﻋﺚ اﻳﺠﺎد ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎی دوﺗﺎیی در ﺳﻄﺢ ذرات اکسید روی میشد و از آﮔﻠﻮﻣﺮاﺳﻴﻮن ﺟﻠﻮﮔﻴﺮی می ﻛﺮد. آن ها درﻳﺎﻓﺘﻨﺪ ﻛﻪ اﻓﺰاﻳﺶ ﻏﻠﻈﺖ ﻣﻮﻧﻮﻣﺮ می ﺗﻮاﻧـﺪ ﺑﺎﻋـﺚ اﻓـﺰاﻳﺶ ﭘﻴﻮﻧـﺪ ذرات ﺷـﻮد و اﻓﺰودن بعضی از ﺳﻄﺢ ﺳﺎزﻫﺎ در ﺗﻔﺮق ذرات ﻣﻮﺛﺮ واﻗﻊ ﺷﺪه اﺳﺖ.

ﺗﻌﺪادی دﻳﮕﺮ از ﻣﺤﻘﻘﻴﻦ طی یک ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ، ذرات اکسید روی را از ﻃﺮﻳﻖ ﺗﺮﺳﻴﺐ در یک ﻣﺤـﻴﻂ واﺳـﻄﻪ ارﮔـﺎنیکی ژﻻتینی به دست آوردﻧﺪ. ذرات ﻧﺎﻧﻮ اکسید روی ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎ از ﻃﺮﻳﻖ ژل آﮔﺎر ﺷﺎﻣﻞ ﺳﻮﻟﻔﺎت روی ﺗﺤﺖ ﺗـﺎﺛﻴﺮ ﻳـﻮنﻫـﺎی OH- به دست می آﻳﻨﺪ، ﺳﺎﺧﺘﺎر ﺑﺎﻧﺪی ﻧﺎﻧﻮاکسید روی ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺷﺪه ﺑﺎ اﺷﻜﺎل ﺳﺘﺎرهای، ﺑﻴﻀﻮی و ﻛﺮوی از ﻃﺮﻳﻖ ﺗﺮﺳﻴﺐ دورهای ﻫﻤـﺴﻮ ﺑـﺎ ﺗـﺄﺛﻴﺮ و ﭘﺨﺶ OH- ﺗﻮﻟﻴﺪ می ﺷﻮد. ذرات ﺑﺎ اﺷﻜﺎل ﺳﺘﺎره و ﺑﻴﻀﻮی از ﻃﺮﻳﻖ ﻓﺮآﻳﻨﺪ اﻧﺤﻼل ﻣﺎده ای ﻛﻪ از ﭘﻴﺶ ﺗﺮﺳـﻴﺐ ۳Zn (OH) ZnSO به دﺳﺖ آﻣﺪه به وﺟﻮد می آﻳﻨﺪ. اﺑﻌﺎد به دست آﻣﺪه ﺑﻴﻦ ۱۰۰ ﺗﺎ ۵۰۰ ﻧﺎﻧﻮ ﻣﺘﺮاﻧﺪ.

در ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺘﻪ در زمینه ی ﺗﻬﻴﻪ ی ﻧﺎﻧﻮ اکسید روی از ﻛﺎنی ﻫﺎی اکسید روی ، اﺑﺘﺪا ﻛﻨﺴﺎﻧﺘﺮه اکسید روی در دو ﻣﺮﺣﻠﻪ ﺳﺮد و ﮔﺮم ﺗﺼﻔﻴﻪ و ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻧﺎﺧﺎﻟﺺ آن ﺟﺪا ﮔﺮدﻳﺪ و ﻣﺤﻠﻮل ﺳﻮﻟﻔﺎت روی ﺣﺎﺻﻞ ﺟﻬﺖ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﭘﻮدر ﻧﺎﻧﻮ اکسید روی ﻣـﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ. ﺳﭙﺲ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﻣﻮﺛﺮ در ﺗﻮﻟﻴﺪ ﭘﻮدر ﻧﺎﻧﻮ اکسید روی اﺳﺖ، ﻣﻮرد ﺑﺮرسی ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ.

ﺑﻪ ﻫﻤﻴﻦ ﻣﻨﻈﻮر ﺷﺶ ﭘﺎراﻣﺘﺮ دﻣﺎ، ﻏﻠﻈﺖﻫﺎی NaOH، Na2CO3 و ZnSO4، زﻣﺎن اﻧﺠﺎم واﻛﻨﺶ و ﺳﺮﻋﺖ ﻫﻤﺰدن در ۴ ﺳﻄﺢ ﻃﺮاحی ﺷـﺪ ﻛـﻪ در اﻳـﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺮط ﺑﻬﻴﻨﻪ زﻣﺎنی ﺣﺎﺻﻞ ﺷﺪ ﻛﻪ ﻏﻠﻈﺖ ﺳﻮﻟﻔﺎت روی ، ﻛﺮﺑﻨﺎت ﺳﺪﻳﻢ و ﻫﻴﺪروﻛﺴﻴﺪ ﺳﺪﻳﻢ ﺑﺮاﺑﺮ ۱ﻣﻮل ﺑﺮ ﻟﻴﺘﺮ و دﻣﺎی اﻧﺠﺎم واﻛﻨﺶ ﺑﺮاﺑﺮ ۹۰ درﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﻴﮕﺮاد ﺑﺎﺷﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻋﻮاﻣﻞ زﻣﺎن و ﺳﺮﻋﺖ ﻫﻤﺰن ﺗﺄﺛﻴﺮ ﭼﻨﺪانی در ﭘﺎﺳﺦ ﻫـﺪف ﻧﺪاﺷـﺘﻨﺪ.

یعنی ﺗـﺎﺛﻴﺮ ﻋﻮاملی ﻧﻈﻴﺮ زﻣﺎن اﻧﺠﺎم واﻛﻨﺶ و ﺳﺮﻋﺖ ﻫﻤﺰدن در ﺳﻄﻮح اﻧﺘﺨﺎﺑﻴﺸﺎن وقتی ﻛﻪ ﺳﺎﻳﺮ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ در ﺳﻄﺢ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺧﻮد ﻗـﺮار دارﻧـﺪ آﺷﻜﺎر نمی ﺷﻮد. در ﻧﻬﺎﻳﺖ ﺑﺎ اﻧﺠﺎم یک آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﻣﺸﺨﺺ ﺷﺪ ﻛﻪ در ﭘﻮدر به دست آﻣﺪه ﻓﻘﻂ پیک های ZnO ﻣﺸﺎﻫﺪه می ﺷﻮد و ﭘﻮدر به دست آﻣﺪه دارای اﺑﻌﺎد ۷۰ ﺗﺎ ۱۵۰ ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ اﺳﺖ.