صهر الزنك

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

صهر الزنك هو عملية تحويل مركزات الزنك ( الخامات التي تحتوي على الزنك) إلى زنك نقي. تاريخيًا، كان صهر الزنك أصعب من صهر المعادن الأخرى، كالحديد ، نظرًا لانخفاض درجة غليانه . عند درجات الحرارة المستخدمة عادةً في صهر المعادن، يتصاعد الزنك على شكل غاز مع غازات الاحتراق من الفرن ، ما لم تُتخذ إجراءات محددة لمنع ذلك.

يُعد كبريتيد الزنك أكثر أنواع مركزات الزنك شيوعًا في عمليات المعالجة ، [ 1 ] حيث يُستخلص من تركيز معدن السفاليريت باستخدام تقنية التعويم الرغوي . كما تُعالج مواد الزنك الثانوية (المعاد تدويرها)، مثل أكسيد الزنك، مع كبريتيد الزنك. [ 2 ] ويُستمد ما يقارب 30% من إجمالي إنتاج الزنك من مصادر مُعاد تدويرها. [ 3 ]

طُرق

توجد طريقتان لصهر الزنك: عملية التعدين الحراري وعملية التحليل الكهربائي. [ 2 ] ولا تزال كلتا الطريقتين مستخدمتين. [ 2 ] [ 4 ] وتشترك كلتا العمليتين في الخطوة الأولى نفسها: التحميص.

المسار العلوي هو عملية الصهر الحراري للزنك، والمسار السفلي هو عملية التحليل الكهربائي.
المسار العلوي هو عملية الصهر الحراري للزنك، والمسار السفلي هو عملية التحليل الكهربائي.

تحميص

التحميص هو عملية أكسدة مركزات كبريتيد الزنك عند درجات حرارة عالية إلى أكسيد زنك غير نقي، يُسمى "كالسين الزنك". التفاعلات الكيميائية التي تحدث هي كما يلي:

2كبريتيد الزنك+3يا2⟶2أكسيد الزنك+2لذا2{\displaystyle {\ce {2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2}}}
2لذا2+يا2⟶2لذا3{\displaystyle {\ce {2SO2 + O2 -> 2SO3}}}

يتأكسد ما يقارب 90% من الزنك الموجود في المركزات إلى أكسيد الزنك. مع ذلك، عند درجات حرارة التحميص، يتفاعل حوالي 10% من الزنك مع شوائب الحديد الموجودة في مركزات كبريتيد الزنك لتكوين فيريت الزنك . ومن نواتج التحميص الثانوية ثاني أكسيد الكبريت ، الذي يُعالَج لاحقًا لإنتاج حمض الكبريتيك ، وهو سلعة أساسية . [ 2 ] يُظهر مخطط تدفق المصفاة المرفق رسمًا تخطيطيًا لعملية تحميص الزنك التابعة لشركة نوراندا في شرق كندا. [ 5 ]

تختلف عملية التحميص باختلاف نوع المحمصة المستخدمة. وهناك ثلاثة أنواع من المحامص: متعددة الشعلات، والمعلقة، وذات الطبقة المميعة. [ 1 ]

محمصة متعددة المواقد

في محمصة متعددة المواقد، يسقط المُركّز عبر سلسلة من تسعة مواقد أو أكثر مُكدّسة داخل عمود أسطواني مُبطّن بالطوب. أثناء سقوط المُركّز عبر الفرن، يُجفّف أولًا بواسطة الغازات الساخنة المارة عبر المواقد، ثم يتأكسد لإنتاج الكلس. هذه التفاعلات بطيئة، ولا يُمكن استمرارها إلا بإضافة الوقود. تعمل المحامص متعددة المواقد بدون ضغط، عند درجة حرارة حوالي 690 درجة مئوية (1270 درجة فهرنهايت) . يعتمد وقت التشغيل على تركيبة المُركّز وكمية الكبريت المراد إزالتها. تتميز المحامص متعددة المواقد بقدرتها على إنتاج كلس عالي النقاء. [ 1 ]  

محمصة معلقة

في محمصة التعليق، تُضخّ المواد المركزة إلى غرفة احتراق تُشبه إلى حد كبير غرفة احتراق فرن الفحم المسحوق. تتكون المحمصة من غلاف فولاذي أسطواني مُبطّن بمادة حرارية، مع مساحة احتراق كبيرة في الأعلى، ومن 2 إلى 4 مواقد في الجزء السفلي، على غرار أفران متعددة المواقد. عادةً ما يتطلب الأمر طحنًا إضافيًا، يتجاوز ما هو مطلوب في أفران متعددة المواقد، لضمان سرعة انتقال الحرارة إلى المادة بما يكفي لحدوث تفاعلات إزالة الكبريت والأكسدة في غرفة الفرن. تعمل محمصات التعليق بدون ضغط، عند درجة حرارة تقارب 980 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت) . [ 1 ]  

محمصة ذات طبقة مميعة

في محمصة الطبقة المميعة، تُعلق مركزات الكبريتيد المطحونة ناعماً وتُؤكسد في طبقة من المواد الأولية مدعومة بعمود هوائي. وكما هو الحال في محمصة التعليق، فإن معدلات تفاعل إزالة الكبريت أسرع منها في عمليات المواقد المتعددة القديمة. تعمل محمصات الطبقة المميعة تحت ضغط أقل قليلاً من الضغط الجوي، وعند درجات حرارة متوسطة تبلغ 1000 درجة مئوية (1830 درجة فهرنهايت) . في عملية الطبقة المميعة، لا يلزم وقود إضافي بعد الاشتعال. من أهم مزايا هذه المحمصة زيادة سعتها الإنتاجية، وقدرتها العالية على إزالة الكبريت، وانخفاض تكاليف صيانتها. [ 1 ]  

عملية التحميص والترشيح والتنظيف الكهربائي (RLE)

تُعرف هذه العملية أيضاً باسم عملية المعالجة المائية للمعادن، أو عملية التحليل الكهربائي، أو عملية التحليل الكهربائي، وهي أكثر استخداماً من عمليات المعالجة الحرارية للمعادن. [ 2 ]

تتكون عملية التحليل الكهربائي من 4 خطوات: الترشيح، والتنقية، والتحليل الكهربائي، والصهر والصب.

الترشيح

الصيغة الكيميائية الأساسية لعملية الترشيح التي تحرك هذه العملية هي:

أكسيد الزنك+لذا3⟶ZnSO4{\displaystyle {\ce {ZnO + SO3 -> ZnSO4}}}

يُحقق ذلك عمليًا من خلال عملية تُسمى الترشيح المزدوج. يُرشح الكلس أولًا في محلول متعادل أو حمضي قليلًا (من حمض الكبريتيك) لاستخلاص الزنك من أكسيد الزنك. ثم يُرشح الكلس المتبقي في حمض كبريتيك مركز لاستخلاص ما تبقى من الزنك من أكسيد الزنك وفيريت الزنك. ينتج عن هذه العملية مادة صلبة وسائلة؛ يحتوي السائل على الزنك ويُسمى غالبًا ناتج الترشيح؛ أما المادة الصلبة فتُسمى مخلفات الترشيح وتحتوي على معادن ثمينة (عادةً الرصاص والفضة) تُباع كمنتج ثانوي. يوجد أيضًا حديد في ناتج الترشيح من حمض الكبريتيك المركز، والذي يُزال في خطوة وسيطة على شكل جوثيت وجاروسيت وهيماتيت . كما يحتوي ناتج الترشيح على الكادميوم والنحاس والزرنيخ والأنتيمون والكوبالت والجرمانيوم والنيكل والثاليوم . لذلك، يجب تنقيته. [ 1 ] [ 2 ]

طهارة

تستخدم عملية التنقية عملية الترسيب لزيادة تنقية الزنك. وتُستخدم فيها مساحيق الزنك والبخار لإزالة النحاس والكادميوم والكوبالت والنيكل، التي قد تتداخل مع عملية التحليل الكهربائي. بعد التنقية، تُحدَّد تراكيز هذه الشوائب بأقل من 0.05 ملليغرام لكل لتر (4 × 10⁻⁷ رطل لكل جالون أمريكي). تُجرى عملية التنقية عادةً في خزانات كبيرة مزودة بمحرك تقليب. وتتم العملية عند درجات حرارة تتراوح بين 40 و85 درجة مئوية (104 إلى 185 درجة فهرنهايت) ، وضغوط تتراوح بين الضغط الجوي و 2.4 ضغط جوي (240 كيلو باسكال) (مقياس مطلق). تُباع المنتجات الثانوية لمزيد من التكرير. [ 1 ] [ 2 ]    

يجب أن يكون محلول كبريتات الزنك شديد النقاء لكي تكون عملية الاستخلاص الكهربائي فعالة. يمكن للشوائب أن تغير جهد التحلل بدرجة كافية تجعل خلية التحليل الكهربائي تنتج غاز الهيدروجين بشكل أساسي بدلاً من معدن الزنك. [ 6 ]

التحليل الكهربائي

يُستخلص الزنك من محلول كبريتات الزنك النقيّ بواسطة الاستخلاص الكهربائي ، وهو شكل متخصص من التحليل الكهربائي. تتم هذه العملية بتمرير تيار كهربائي عبر المحلول في سلسلة من الخلايا. يؤدي ذلك إلى ترسب الزنك على الكاثودات ( صفائح الألومنيوم ) وتكوّن الأكسجين عند الأنودات. كما يتكوّن حمض الكبريتيك خلال العملية ويُعاد استخدامه في عملية الترشيح. كل 24 إلى 48 ساعة، تُطفأ كل خلية، وتُزال الكاثودات المطلية بالزنك وتُشطف، ثم يُفصل الزنك ميكانيكيًا عن صفائح الألومنيوم. [ 1 ] [ 2 ]

تحتوي مصاهر الزنك الإلكتروليتية على ما يصل إلى عدة مئات من الخلايا. يُحوّل جزء من الطاقة الكهربائية إلى حرارة، مما يزيد من درجة حرارة الإلكتروليت. تعمل الخلايا الإلكتروليتية في نطاق درجات حرارة يتراوح بين 30 و35 درجة مئوية (86 إلى 95 درجة فهرنهايت) وتحت الضغط الجوي. يُعاد تدوير جزء من الإلكتروليت باستمرار عبر أبراج التبريد لتبريده وتركيزه عن طريق تبخير الماء. ثم يُعاد تدوير الإلكتروليت المبرد والمركز إلى الخلايا. [ 1 ] تمثل هذه العملية ما يقارب ثلث إجمالي الطاقة المستهلكة في صهر الزنك. [ 2 ]  

توجد طريقتان شائعتان لاستخلاص الزنك بالتحليل الكهربائي: طريقة كثافة التيار المنخفضة ، وطريقة تاينتون ذات كثافة التيار العالية . تستخدم الأولى محلول حمض الكبريتيك بنسبة 10% كمحلول إلكتروليتي، بكثافة تيار تتراوح بين 270 و325 أمبير لكل متر مربع. أما الثانية، فتستخدم محلول حمض الكبريتيك بنسبة 22-28% كمحلول إلكتروليتي، بكثافة تيار تبلغ حوالي 1000 أمبير لكل متر مربع. تُعطي الطريقة الثانية نقاءً أفضل وقدرة إنتاجية أعلى لكل وحدة حجم من المحلول الإلكتروليتي، ولكنها تتميز بارتفاع درجة حرارتها وزيادة تآكلها للوعاء المستخدم. في كلتا الطريقتين، يستهلك إنتاج كل طن متري من الزنك حوالي 3900 كيلوواط ساعة (14 جيجا جول ) من الطاقة الكهربائية. [ 6 ]  

الصهر والصب

بحسب نوع المنتجات النهائية، قد تخضع كاثودات الزنك الخارجة من مصنع الاستخلاص الكهربائي لعملية تحويل إضافية في مسبك. تُصهر كاثودات الزنك في أفران الحث وتُصب في منتجات قابلة للتسويق كالسبائك. ويمكن إضافة معادن أخرى ومكونات سبائكية لإنتاج سبائك تحتوي على الزنك تُستخدم في صب القوالب أو تطبيقات الجلفنة العامة. وأخيرًا، يُنقل الزنك المنصهر إلى مصانع تحويل قريبة أو إلى جهات خارجية باستخدام حاويات معزولة مصممة خصيصًا.

العمليات الحرارية المعدنية

توجد أيضًا عدة عمليات تعدين حراري تُستخدم لاختزال أكسيد الزنك باستخدام الكربون، ثم تقطير الزنك المعدني من المزيج الناتج في جو من أول أكسيد الكربون. العيب الرئيسي في أي من عمليات التعدين الحراري هو أن نقاوة المنتج لا تتجاوز 98%؛ إذ يتكون التركيب القياسي من 1.3% رصاص، و0.2% كادميوم، و0.03% حديد، و98.5% زنك. [ 7 ] قد تكون هذه النقاوة كافية للجلفنة، ولكنها غير كافية لسبائك الصب بالقوالب، التي تتطلب زنكًا عالي الجودة (99.995% نقاوة). [ 7 ] وللوصول إلى هذه النقاوة، يجب تكرير الزنك .

الأنواع الأربعة من العمليات المعدنية الحرارية التجارية هي عملية شركة سانت جوزيف للمعادن (الكهروحرارية)، وعملية الفرن العالي ، وعملية نيو جيرسي زنك المستمرة ذات الرأسية ، وعملية التقطير الأفقية من النوع البلجيكي .

عملية شركة سانت جوزيف للمعادن (الكهروحرارية)

طُوِّرت هذه العملية من قِبَل شركة سانت جوزيف للمعادن عام ١٩٣٠، وهي العملية الحرارية المعدنية الوحيدة التي لا تزال تُستخدم في الولايات المتحدة لصهر الزنك. وتكمن ميزة هذا النظام في قدرته على صهر مجموعة واسعة من المواد الحاملة للزنك، بما في ذلك غبار أفران القوس الكهربائي. [ ١ ] أما عيب هذه العملية فهو أنها أقل كفاءة من عملية التحليل الكهربائي. [ ٢ ]

تبدأ العملية بعملية تلبيد بالتيار السفلي. يُحمّل المُلبّد، وهو خليط من كلس التحميص وكلس فرن القوس الكهربائي، على ناقل ذي بوابة، ثم تُضخ غازات الاحتراق عبره. يتفاعل الكربون الموجود في غازات الاحتراق مع بعض الشوائب، مثل الرصاص والكادميوم والهاليدات. تُفصل هذه الشوائب في أكياس ترشيح. يتكون المُلبّد الناتج، والذي يُسمى مُلبّد المنتج، عادةً من 48% زنك، و8% حديد، و5% ألومنيوم، و4% سيليكون، و2.5% كالسيوم، وكميات أقل من المغنيسيوم والرصاص ومعادن أخرى. يُشحن مُلبّد المنتج بعد ذلك مع فحم الكوك في فرن كهربائي. يُولّد زوج من أقطاب الجرافيت، أحدهما من أعلى الفرن والآخر من أسفله، تيارًا كهربائيًا عبر الخليط. يُوفر فحم الكوك مقاومة كهربائية للمزيج لتسخينه إلى 1400 درجة مئوية (2550 درجة فهرنهايت) وإنتاج أول أكسيد الكربون. تسمح هذه الظروف بحدوث التفاعل الكيميائي التالي:  

أكسيد الزنك+CO⟶الزنك↑+CO2{\displaystyle {\ce {ZnO + CO -> Zn (^) + CO2}}}

ينتقل بخار الزنك وثاني أكسيد الكربون إلى مكثف فراغي، حيث يُستخلص الزنك عن طريق تمريره عبر حمام من الزنك المنصهر. ويتكثف أكثر من 95% من بخار الزنك الخارج من المفاعل إلى زنك سائل. يُعاد توليد ثاني أكسيد الكربون بالكربون، ويُعاد تدوير أول أكسيد الكربون إلى فرن المفاعل. [ 1 ]

عملية الفرن العالي (عملية الصهر الإمبراطورية)

طُوّرت هذه العملية من قِبل شركة الصهر الوطنية في أحواض أفونماوث بإنجلترا ، بهدف زيادة الإنتاج ورفع الكفاءة وخفض تكاليف العمالة والصيانة. اقترح إل جيه ديرهام استخدام رذاذ من قطرات الرصاص المنصهر لتبريد بخار الزنك وامتصاصه بسرعة، على الرغم من التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون. ثم يُبرّد المزيج، حيث ينفصل الزنك عن الرصاص. افتُتح أول مصنع يستخدم هذا التصميم عام ١٩٥٠. من مزايا هذه العملية إمكانية إنتاج سبائك الرصاص وخبث النحاس معًا. في عام ١٩٩٠، شكّلت هذه العملية ١٢٪ من إنتاج الزنك العالمي.

تبدأ العملية بشحن خامات صلبة متلبدة وفحم كوك مسخن في الجزء العلوي من الفرن العالي. يُضخ هواء مسخن مسبقًا بدرجة حرارة تتراوح بين 190 و1050 درجة مئوية (370 إلى 1920 درجة فهرنهايت) إلى الجزء السفلي من الفرن. يخرج بخار الزنك والكبريتيدات من الأعلى ويدخلان المكثف. يتجمع الخبث والرصاص في قاع الفرن ويتم جمعهما بانتظام. يُستخلص الزنك من البخار في المكثف باستخدام الرصاص السائل. يُفصل الزنك السائل عن الرصاص في دائرة التبريد. تتطلب هذه العملية حوالي 5000 طن متري (5500 طن قصير ) من الرصاص سنويًا، ومع ذلك، فإنها تستخلص رصاصًا من الخامات الأولية بنسبة تزيد 25% عن العمليات الأخرى.  

نيو جيرسي الزنك المعقم العمودي المستمر

عملية الزنك في نيوجيرسي، براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,457,552.

لم تعد عملية نيوجيرسي للزنك [ 8 ] تُستخدم لإنتاج الزنك الأولي في الولايات المتحدة وأوروبا واليابان، ولكنها لا تزال تُستخدم في عمليات المعالجة الثانوية. بلغت هذه العملية ذروتها عام 1960، عندما شكلت 5% من إنتاج الزنك العالمي. ولا يزال يُستخدم إصدار مُعدّل من هذه العملية في مصنع هولوداو في الصين (الذي أنشأه اليابانيون عام 1937)، والذي كان يُنتج 65,000 طن متري سنويًا اعتبارًا من عام 1991 [ 7 ] ، ورفع طاقته الإنتاجية إلى 210,000 طن سنويًا على الأقل بحلول عام 2023 [ 9 ].

تبدأ هذه العملية بتحميص المركزات الممزوجة بالفحم وتشكيلها على هيئة قوالب على مرحلتين. ثم تُسخّن القوالب في فرن تسخين ذاتي عند 700 درجة مئوية (1292 درجة فهرنهايت) وتُوضع بعد ذلك في وعاء التقطير. هناك ثلاثة أسباب لتشكيل الكلس على هيئة قوالب: لضمان سهولة حركة الشحنة إلى الأسفل؛ وللسماح بانتقال الحرارة عبر مساحة مقطع عرضي مناسبة؛ وللسماح بمسامية كافية لمرور بخار الزنك المختزل إلى أعلى وعاء التقطير. ثم يُكثّف بخار الزنك المختزل المتجمع في أعلى وعاء التقطير إلى سائل. [ 7 ]  

قام أوفربيلت بتحسين هذا التصميم باستخدام غرفة تكثيف كبيرة واحدة فقط، بدلاً من العديد من الغرف الصغيرة، كما كان مصمماً في الأصل. وقد سمح ذلك بإعادة تدوير أول أكسيد الكربون إلى الأفران لتسخين أجهزة التقطير. [ 7 ]

تم ترخيص هذه العملية لشركة إمبريال سميلتينغ كوربوريشن (ISC)، ومقرها أفونماوث ، إنجلترا، والتي كانت تمتلك مصنعًا كبيرًا للفرن العمودي (VR) يعمل لسنوات عديدة. استُخدم هذا المصنع حتى منتصف سبعينيات القرن الماضي، حين استُبدل بمصنع إمبريال سميلتينغ فورنيس (ISF) التابع للشركة. هُدم مصنع الفرن العمودي (VR) عام ١٩٧٥.

عملية التقطير الأفقي من النوع البلجيكي

كانت هذه العملية هي العملية الرئيسية المستخدمة في بريطانيا منذ منتصف القرن التاسع عشر وحتى عام ١٩٥١. [ ٧ ] [ ١٠ ] كانت هذه العملية غير فعالة للغاية لأنها صُممت كعملية دفعية صغيرة النطاق. كان كل جهاز تقطير ينتج ٤٠ كيلوغرامًا فقط (٨٨ رطلاً)، لذا كانت الشركات تجمعها في مجموعات وتستخدم موقد غاز كبير واحد لتسخينها جميعًا. [ ١٠ ] تتطلب العملية البلجيكية إعادة التقطير لإزالة شوائب الرصاص والكادميوم والحديد والنحاس والزرنيخ. [ ٦ ] 

تاريخ

يبدو أن أول إنتاج للزنك بكميات كبيرة كان في الهند بدءًا من القرن الثاني عشر، ثم في الصين بدءًا من القرن السادس عشر. [ 11 ] في الهند، تم إنتاج الزنك في زاوار من القرن الثاني عشر إلى القرن الثامن عشر، على الرغم من أن بعض القطع الأثرية المصنوعة من الزنك يبدو أنها صُنعت خلال العصور الكلاسيكية القديمة في أوروبا . [ 12 ] يُفترض أن خام السفاليريت الموجود هنا قد حُوِّل إلى أكسيد الزنك عن طريق التحميص، على الرغم من عدم العثور على أي دليل أثري على ذلك. يُعتقد أن عملية الصهر كانت تتم في أفران طينية أسطوانية محكمة الإغلاق، كانت تُملأ بمزيج من الخام المحمص والدولوميت ومادة عضوية، ربما روث البقر ، ثم توضع عموديًا في فرن وتُسخَّن إلى حوالي 1100  درجة مئوية. كان أول أكسيد الكربون الناتج عن احتراق المادة العضوية يُختزل أكسيد الزنك إلى بخار الزنك، الذي يتحول بدوره إلى سائل في مكثف طيني مخروطي الشكل في قاع جهاز التقطير، ثم يتقطر إلى وعاء تجميع. ويُقدّر الإنتاج خلال الفترة من 1400 إلى 1800 بنحو 200  كيلوغرام يوميًا. [ 13 ] كما تم صهر الزنك في الصين منذ منتصف القرن السادس عشر. [ 14 ]

بدأ إنتاج الزنك على نطاق واسع في أوروبا مع ويليام تشامبيون ، الذي حصل على براءة اختراع لعملية تقطير الزنك عام 1738. [ 15 ] في عملية تشامبيون، كان خام الزنك (في هذه الحالة، الكربونات، ZnCO3 ) يُغلق في أوانٍ كبيرة مُختزلة مع الفحم ويُسخّن في فرن. ثم ينزل بخار الزنك عبر أنبوب تكثيف حديدي حتى يصل إلى وعاء مملوء بالماء في الأسفل. [ 16 ] أنشأ تشامبيون أول مصنع للزنك في بريستول ، إنجلترا، لكنه سرعان ما توسع إلى وارملي ، وبحلول عام 1754 كان قد بنى أربعة أفران للزنك هناك. [ 17 ] على الرغم من نجاح تشامبيون في إنتاج حوالي 200 طن من الزنك، [ 17 ] إلا أن خططه التجارية لم تكن ناجحة وأُعلن إفلاسه بحلول عام 1769. [ 16 ] ومع ذلك، استمر صهر الزنك في هذه المنطقة حتى عام 1880. [ 17 ]

نسبة الزنك المنتجة بالطرق المحددة [ 18 ] [ 19 ]
سنةمعوجة أفقيةمعقم عموديالكهروحراريةفرن الصهرالتحليل الكهربائي
<1916>90    
1929    28
1937    ج. 33
196034.5117.5245
197015106.512.556
19803761074

بدأ إنتاج الزنك في أوروبا مبكراً في سيليزيا وكارينثيا ولييج ببلجيكا . في عملية كارينثيا ، التي استخدمها بيرغراث ديلينجر في مصانعه التي أنشأها عام 1798، كان فرن يعمل بالخشب يُسخّن عدداً كبيراً من المقطرات الرأسية الصغيرة، [ 20 ] ثم يتساقط بخار الزنك عبر أنبوب خزفي إلى غرفة تكثيف مشتركة أسفله. توقفت هذه العملية عن الاستخدام بحلول عام 1840. استخدمت كلتا العمليتين البلجيكية والسيليزية مقطرات أفقية. [ 21 ] في سيليزيا، بنى يوهان روهبرغ فرناً لتقطير الزنك عام 1799، مستخدماً في البداية أوانٍ فخارية، ثم استبدلها لاحقاً بمقطرات ذات قاع مسطح تُسمى "المفل"، موصولة بأنابيب أفقية منحنية للأسفل يتكثف فيها الزنك. اندمجت عملية سيليزيا في النهاية مع العملية البلجيكية. طُوِّرت هذه العملية، التي ابتكرها جان جاك دانيال دوني ، بين عامي 1805 و1810، واستخدمت فيها أجهزة تقطير ذات مقطع عرضي أسطواني. [ 20 ] [ 21 ] وكانت المكثفات عبارة عن أنابيب طينية أفقية تمتد من نهايات أجهزة التقطير. [ 22 ] وقد لاقت عملية التقطير الأفقية "البلجيكية السيليزية" المدمجة رواجًا واسعًا في أوروبا بحلول الربع الثالث من القرن التاسع عشر، ولاحقًا في الولايات المتحدة. [ 21 ]

بدأت المحاولات التجريبية لاستخلاص الزنك بالتحليل الكهربائي في القرن التاسع عشر، لكن العملية التجارية الناجحة الوحيدة قبل عام ١٩١٣ كانت التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الزنك المائي ، [ ٢٣ ] وهي عملية استُخدمت في بريطانيا العظمى والنمسا . قامت كل من شركة أناكوندا للنحاس في أناكوندا ، مونتانا ، وشركة التعدين والصهر الموحدة في تريل ، كولومبيا البريطانية ، ببناء مصانع تحليل كهربائي ناجحة في عام ١٩١٥ باستخدام عملية كبريتات الزنك المستخدمة حاليًا. [ ٢٤ ] استمرت هذه الطريقة في اكتساب أهمية متزايدة، وفي عام ١٩٧٥ شكلت ٦٨٪ من إنتاج الزنك العالمي. [ ٢٥ ]

طُورت عملية التقطير العمودي المستمر عام 1929 من قِبل شركة نيوجيرسي للزنك. استخدمت هذه العملية معوجة ذات جدران من كربيد السيليكون، يبلغ ارتفاعها حوالي 9 أمتار ومقطعها العرضي 2 × 0.3 متر. سُخّنت جدران المعوجة إلى 1300  درجة مئوية، ووُضعت قوالب مُكوّنة من خام الزنك المُلبّد، وفحم الكوك، والفحم الحجري، ومواد مُعاد تدويرها في الجزء العلوي من المعوجة. سُحب غاز الزنك من أعلى العمود، وبعد مروره عبر المعوجة لمدة 20 ساعة، أُزيلت القوالب المُستهلكة من الأسفل. [ 26 ] لتكثيف غاز الزنك، استخدمت الشركة في البداية حجرة بسيطة مبنية من الطوب مزودة بحواجز من كربيد السيليكون، لكن كفاءتها كانت ضعيفة. خلال أربعينيات القرن العشرين، طُوّر مُكثّف يُكثّف بخار الزنك على رذاذ من قطرات الزنك السائل، التي تُقذف بواسطة دافع كهربائي. [ 27 ]

كانت عملية التكهف الحراري الكهربائي، التي طورتها شركة سانت جوزيف للرصاص ، مشابهة إلى حد ما. [ 26 ] [ 28 ] بُني أول مصنع تجاري يستخدم هذه العملية عام 1930 في موقع جوزيف تاون الحالي ، بنسلفانيا . كان فرن التكهف الحراري الكهربائي عبارة عن أسطوانة فولاذية يبلغ ارتفاعها حوالي 15 مترًا وقطرها مترين، ومبطنة بالطوب الحراري. تم تغذية الفرن بمزيج من خام الحديد المتكلس وفحم الكوك، وطُبِّق تيار كهربائي يتراوح بين 10000 و20000 أمبير، بفرق جهد 240 فولت، بين قطبين كربونيين داخل الفرن، مما رفع درجة الحرارة إلى 1200-1400  درجة مئوية. [ 26 ] [ 28 ] صُمِّم مكثف فعال لهذه العملية بين عامي 1931 و1936؛ ويتكون من حوض من الزنك السائل تُسحب من خلاله غازات العادم بالشفط. يمتص الزنك الموجود في تيار الغاز في الحوض السائل. [ 27 ]

طُوِّرت عملية الفرن العالي ابتداءً من عام 1943 في أفونماوث، إنجلترا، بواسطة شركة إمبريال سميلتينغ كوربوريشن ، [ 29 ] والتي أصبحت جزءًا من شركة ريو تينتو زنك في عام 1968. [ 30 ] وتستخدم هذه العملية رذاذًا من قطرات الرصاص المنصهر لتكثيف بخار الزنك. [ 31 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 تجميع عوامل انبعاث ملوثات الهواء (ملف PDF) ، المجلد  1، وكالة حماية البيئة الأمريكية، 1995، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2011-02-03.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 عملية صهر الزنك ، مؤرشفة من الأصل بتاريخ 14-04-2008 ، تم استرجاعها بتاريخ 13-04-2008.
  3. ↑ صب الزنك: منهج النظم (ملف PDF) ، إنترزينك، 1992، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2016-03-03 ، تم استرجاعه بتاريخ 2008-04-13.
  4. ↑ مرافقنا - موناكا ، مؤرشفة من الأصل بتاريخ 30 مارس 2008 ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 13 أبريل 2008.
  5. ↑ عملية تحميص الزنك في شركة نوراندا موضحة في الرابط التالي : http://www.norandaincomefund.com/pdfs/refinery_flowsheet.pdf ( مؤرشف بتاريخ 30 نوفمبر 2006 على موقع Wayback Machine)
  6. 1 2 3 سامانس، كارل هـ. (1949)، هندسة المعادن وسبائكها ، نيويورك: ماكميلان.
  7. 1 2 3 4 5 6 بورتر، فرانك (1991)، دليل الزنك: الخصائص والمعالجة والاستخدام في التصميم ، مطبعة سي آر سي، الصفحات 16-17 ، رقم ISBN  0-8247-8340-9.
  8. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 2,457,552
  9. ↑ "تقرير مصهر الزنك في هولوداو (فيرجينيا) | وود ماكنزي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 أكتوبر 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 سبتمبر 2024 .
  10. 1 2 معالجة الزنك ، موسوعة بريتانيكا ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-04-2008.
  11. ↑ "معالجة الزنك" ، موسوعة بريتانيكا على الإنترنت، 2009. تم الاطلاع عليه عبر الإنترنت في 8 أكتوبر 2009.
  12. ↑ الصفحات 1-3، الزنك في العصور الكلاسيكية القديمة، بي تي كرادوك، الصفحات 1-6 في كتاب " 2000 عام من الزنك والنحاس الأصفر" ، تحرير بي تي كرادوك، لندن: المتحف البريطاني، 1998، طبعة منقحة، رقم ISBN 0-86159-124-0.
  13. ↑ الصفحات 35-46، الزنك في الهند، بي تي كرادوك، آي سي فريستون، إل كيه غورجار، إيه بي ميدلتون و إل ويليز، الصفحات 27-72 في كرادوك 1998.
  14. ↑ ص 23، النحت بالزنك في أمريكا: 1850-1950 ، كارول أ. جريسوم، منشورات الجامعات المتحدة، 2009، رقم ISBN 0-87413-031-X.
  15. ↑ الصفحات 24-26، غريسوم 2009.
  16. 1 2 ص. 147–148، النحاس الأصفر والزنك في أوروبا من العصور الوسطى حتى منتصف القرن التاسع عشر، جوان داي، ص. 133–158 في كرادوك 1998.
  17. 1 2 3 ص. 26، غريسوم 2009.
  18. ↑ الصفحات 162، 213، 214، تكنولوجيا إنتاج الزنك 1801-1950: مراجعة، بقلم جيه كيه ألموند، الصفحات 159-228 في كتاب 2000 عام من الزنك والنحاس الأصفر ، تحرير بي تي كرادوك، لندن: المتحف البريطاني، 1998، طبعة منقحة، رقم ISBN 0-86159-124-0.
  19. ↑ ص 15، بورتر 1991.
  20. 1 2 ص. 151–152، يوم في كرادوك 1998.
  21. 1 2 3 ص. 179–181، تكنولوجيا إنتاج الزنك 1801–1950: مراجعة، جيه كيه ألموند، ص. 159–228 في كرادوك 1998.
  22. ↑ الصفحات 198-199، اللوز في كرادوك 1998.
  23. ↑ الصفحات 210-213، اللوز في كرادوك 1998.
  24. ↑ ص 21، الترسيب الإلكتروليتي والمعالجة المائية للزنك ، أوليفر كالدويل رالستون، شركة ماكجرو هيل للنشر، 1921.
  25. ↑ ص 214، اللوز في كرادوك 1998.
  26. 1 2 3 ص. 184، اللوز في كرادوك 1998.
  27. 1 2 ص. 201–202، اللوز في كرادوك 1998.
  28. 1 2 ص. 196–197، ألموند في كرادوك 1998.
  29. ↑ بول ت. كرادوك، محرر (1998). 2000 عام من الزنك والنحاس الأصفر . ورقة بحثية عرضية للمتحف البريطاني. المتحف البريطاني . ص 229 وما بعدها . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0142-4815 .  
  30. ↑ "شركة ريو تينتو" . دليل غريس . تم الاسترجاع في 27-10-2014 .
  31. ↑ ص 229، 233، 234، تطوير فرن الصهر الزنك الرصاصي كمشروع بحثي، إس دبليو كي مورغان، ص 229-241 في كرادوك 1998.