باعتباره مركبًا غير عضوي مهم، يُستخدم أكسيد الزنك على نطاق واسع في العديد من المجالات. ووفقًا لمعايير التصنيف، يُمكن تصنيفه بطرق متعددة. تتميز أنواع أكسيد الزنك المختلفة بخصائص متفاوتة، مما يُحدد وظائفها وتطبيقاتها. تتناول الأقسام التالية بالتفصيل تصنيفات واختلافات ووظائف مختلف أشكال أكسيد الزنك.
1. التصنيف حسب حجم الجسيمات
(I) أكسيد الزنك العادي
عادةً ما يكون حجم جسيمات أكسيد الزنك العادي أكبر من 100 نانومتر. يتميز بقدرة إخفاء وصبغ معينة، ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات التقليدية مثل المطاط والطلاء والسيراميك.
في صناعة المطاط، يُعدّ مُنشِّطًا أساسيًا لعملية الفلكنة. فهو يُحسِّن سرعة الفلكنة ودرجة ترابط المطاط، مما يُحسِّن الخصائص الفيزيائية والميكانيكية لمنتجات المطاط، مثل قوة الشد ومقاومة التآكل. وفي الطلاءات، يُستخدم كصبغة بيضاء، مما يُوفِّر قوة إخفاء عالية ومقاومة للعوامل الجوية.
(II) أكسيد الزنك النانوي
يتراوح حجم جزيئات أكسيد الزنك النانوي بين 1 و100 نانومتر. وبفضل صغر حجمه وتأثيراته السطحية وتأثيراته الكمومية، يتميز بخصائص فريدة.
في مجال التحفيز، تُوفر مساحة سطحه النوعية الكبيرة ونشاطه السطحي العالي مواقع أكثر نشاطًا للتفاعلات الكيميائية، مما يُسرّع من معدلات التفاعل ويُحسّن من كفاءة التحفيز. في مستحضرات التجميل الواقية من الشمس، تُوفّر قدرته الممتازة على امتصاص وتشتيت الأشعة فوق البنفسجية حمايةً فعّالة من أضرارها. وبالمقارنة مع واقيات الشمس التقليدية، يُعدّ أكسيد الزنك النانوي أرقّ وأكثر شفافية وأقل دهنية.
في التطبيقات المضادة للبكتيريا، يتفاعل مع أغشية الخلايا البكتيرية، مما يُعطل بنيتها ويُسبب موتها. ويُظهر تأثيرات مضادة للبكتيريا قوية ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية وأنواع أخرى من البكتيريا.
2. التصنيف حسب عملية الإنتاج
(I) أكسيد الزنك غير المباشر
يتم تصنيعه من سبائك الزنك من خلال أكسدة التسامي ذات درجة الحرارة العالية.
يتميز بنقاء عالٍ يتراوح بين 99.5% و99.7%، وحجم جسيمات كبير نسبيًا، وتوزيع دقيق. يُستخدم على نطاق واسع في صناعة الإطارات المطاطية، حيث يُحسّن فعالية فلكنة المطاط، ويعزز الالتصاق بين المطاط والسلك الفولاذي، ويزيد من قوة الإطارات ومقاومتها للتآكل. وفي صناعة الإلكترونيات، يُستخدم أيضًا في تصنيع المكونات الإلكترونية مثل المقاومات الفارستورية نظرًا لثبات أدائها الكهربائي الجيد.
(II) أكسيد الزنك المباشر
يتم تصنيعه في الغالب من خام الزنك من خلال التحميص الأكسدة المباشرة وغيرها من العمليات.
يتميز بنقاء منخفض نسبيًا، يتراوح عادةً بين 95% و98%، ونسبة شوائب عالية نسبيًا. يُستخدم عادةً في صناعة السيراميك لخفض درجة حرارة تلبيد السيراميك وتحسين كثافته ولمعانه. وفي صناعة الزجاج، يُمكنه زيادة شفافيته واستقراره الكيميائي.
(III) أكسيد الزنك الكيميائي الرطب
يتم تحضيره عن طريق التفاعلات الكيميائية في المحاليل، مثل طريقة الترسيب، وطريقة السول-جيل، وغيرها.
يمكن التحكم بدقة في حجم الجسيمات وشكلها، ويتميز المنتج بنقاء عالٍ وحجم جسيمات صغير وموحد. ويتميز بمزايا واضحة في تحضير الأجهزة الإلكترونية عالية الأداء. على سبيل المثال، يمكن استخدامه في تحضير ترانزستورات الأغشية الرقيقة من أكسيد الزنك، حيث يُحسّن أداء الجهاز واستقراره بفضل صغر حجم جسيماته وتجانسه الجيد. وعند تحضير المواد المضيئة، يمكن التحكم بدقة في خصائص أكسيد الزنك المضيئة من خلال التحكم في ظروف التفاعل.
3. التصنيف حسب الاستخدام
(I) أكسيد الزنك للمطاط
يُعدّ عاملًا فعالًا رئيسيًا في عملية فلكنة المطاط. يُمكن دمجه مع حمض الستياريك، ومُسرّعات، وغيرها، لتكوين مُركّب فعال، مما يُسرّع عملية الفلكنة، ويُحسّن كثافة الترابط والخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمطاط المُفلكن، مثل قوة الشد، ومقاومة التمزق، ومقاومة التآكل. ويُستخدم على نطاق واسع في إنتاج منتجات المطاط، مثل الإطارات، والخراطيم، والأشرطة المطاطية.
(II) أكسيد الزنك للطلاءات
باعتبارها صبغة بيضاء، فهي تتمتع بقوة إخفاء وقوة تلوين جيدة، ويمكنها تحسين بياض وسطوع الطلاء.
وفي الوقت نفسه، يمكنه تعزيز مقاومة الطقس ومقاومة التآكل وخصائص مكافحة المسحوق للطلاء، وهو مناسب للطلاء المعماري والطلاء الصناعي وغيرها من المجالات.
(III) أكسيد الزنك في الطب
له تأثيرات قابضة ومضادة للحكة ومضادة للبكتيريا.
يمكن استخدامه لتحضير المراهم والمعاجين الخارجية، وغيرها، لعلاج التهاب الجلد والأكزيما وأمراض الجلد الأخرى. على سبيل المثال، مرهم أكسيد الزنك الشائع يحمي الجلد، ويقلل من تبخر الماء، ويعزز التئام الجروح.
(IV) أكسيد الزنك للأعلاف
باعتباره مادة مضافة لمصدر الزنك في علف الحيوانات، فإنه يوفر للحيوانات عنصر الزنك المطلوب للنمو.
يمكن للإضافة المناسبة أن تعزز نمو الحيوانات وتطورها، وتحسّن مناعتها، وتزيد من مقاومتها للأمراض. مع ذلك، يجب استخدامها بشكل صحيح. قد تُسبب الجرعات العالية تلفًا معويًا للحيوانات وتلوثًا بيئيًا. على سبيل المثال، يمكن أن تُقلل إضافة كمية مناسبة من أكسيد الزنك إلى علائق الخنازير الصغيرة من الإصابة بالإسهال، ولكن الجرعات العالية محظورة بموجب اللوائح.
4. تأثير مبادئ العملية المختلفة على أداء المنتج
(أ) الطريقة غير المباشرة
1. مبدأ العملية
تعتمد الطريقة غير المباشرة عادةً على سبائك الزنك عالية النقاء كمواد خام. تُسخّن سبائك الزنك أولًا إلى حوالي 1000 درجة مئوية لتذوب وتتبخر متحولةً إلى بخار الزنك.
بعد ذلك، وفي ظل درجات حرارة عالية، يخضع بخار الزنك لتفاعل أكسدة مع الهواء الساخن أو الأكسجين لتوليد أكسيد الزنك. معادلة التفاعل الكيميائي هي: 2Zn + O₂ → 2ZnO. في هذه العملية، تُعد أكسدة بخار الزنك الخطوة الأساسية. لعوامل مثل درجة حرارة التفاعل وتدفق الأكسجين تأثير مهم على إنتاج أكسيد الزنك وأدائه.
2. التأثير على أداء المنتج
يتميز أكسيد الزنك المُحضّر بهذه الطريقة بنقاء عالٍ يتجاوز 99% ونسبة شوائب منخفضة. وهو مناسب للمجالات ذات متطلبات النقاء الصارمة، مثل الإلكترونيات والطب.
حجم جسيمات المنتج كبير نسبيًا، يتراوح عادةً بين 0.1 و10 ميكرومتر، مع توزيع جسيمات ضيق وقابلية تشتت جيدة، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في المطاط والطلاءات وغيرها من المجالات، ويعزز تجانس المنتج واستقراره. يتميز ببنية بلورية كاملة نسبيًا ودرجة تبلور عالية، مما يضمن استقرارًا فيزيائيًا وكيميائيًا جيدًا، ويقل تغير أدائه في البيئات القاسية مثل درجات الحرارة والرطوبة العالية.
(II) الطريقة المباشرة
1. مبدأ العملية
تعتمد الطريقة المباشرة على مواد خام تحتوي على الزنك، مثل خام الزنك ورماد الزنك. عادةً، تُخلط المواد الخام مع عوامل اختزال مثل فحم الكوك، ثم تُختزل وتُشوى على درجة حرارة عالية (1000-1300 درجة مئوية).
يُختزل المركب المحتوي على الزنك إلى بخار الزنك، وتتفاعل الشوائب في المواد الخام تبعًا لذلك. يدخل بخار الزنك بعد ذلك إلى حجرة الأكسدة ويتفاعل مع الهواء أو الأكسجين لتكوين أكسيد الزنك. تتضمن هذه العملية تفاعلات اختزال وأكسدة معقدة، وتؤثر عوامل مثل تركيب المادة الخام، وجرعة عامل الاختزال، ودرجة الحرارة بشكل كبير على جودة المنتج.
2. التأثير على أداء المنتج
لأن المواد الخام تحتوي على شوائب، فإن نقاء المنتج أقل نسبيًا من الطريقة غير المباشرة، وعادةً ما تكون 95%-98%، ولكن يمكن تحسين النقاء من خلال تحسين العملية والمعالجة اللاحقة. وهو مناسب للمجالات التي لا تتطلب نقاءً عاليًا للغاية، مثل السيراميك والزجاج.
يتأثر حجم الجسيمات وتوزيع المنتج بشكل كبير بالمواد الخام وظروف العملية. قد يكون حجم الجسيمات غير متساوٍ، مما يتطلب تحكمًا دقيقًا في العملية لتحسينه. قد تحتوي البنية البلورية على عيوب بسبب الشوائب وعمليات الأكسدة السريعة، مما يؤثر على خصائصها الكهربائية والبصرية.
ينبغي استخدامه بحذر في بعض سيناريوهات التطبيق ذات متطلبات الأداء العالية.
(III) أكسيد الزنك الكيميائي الرطب
1. مبدأ العملية
الطريقة الكيميائية الرطبة هي عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي يتم إجراؤها في نظام المحلول لإعداد أكسيد الزنك.
تشمل الطرق الشائعة طريقة الترسيب وطريقة السول-جيل. على سبيل المثال، تُخلط أملاح الزنك (مثل نترات الزنك، وأسيتات الزنك) مع المواد المرسبة (مثل هيدروكسيد الصوديوم، وماء الأمونيا) في محلول. بالتحكم في ظروف التفاعل (مثل الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، وزمن التفاعل، إلخ)، تتفاعل أيونات الزنك مع المادة المرسبة لتكوين رواسب هيدروكسيد الزنك. بعد ذلك، يُرشح الراسب، ويُغسل، ويُجفف، ويُكلس للحصول على ناتج أكسيد الزنك. معادلة التفاعل الكيميائي هي: Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn (OH)₂↓، Zn (OH)₂ → ZnO + H₂O (تكليس).
طريقة السول-جل هي أولاً تحليل الأملاح المعدنية أو ألكوكسيدات المعادن وتكثيفها في مذيب عضوي لتكوين السول، ثم يتم تقادمها لتكوين هلام، وأخيراً تجفيفها وتكليسها للحصول على أكسيد الزنك.
2. التأثير على أداء المنتج
من خلال التحكم الدقيق في ظروف التفاعل، يمكن التحكم بدقة في حجم الجسيمات وشكل وبنية المنتج.
على سبيل المثال، عند تحضير أكسيد الزنك النانوي، يمكن أن يتراوح حجم الجسيمات بين بضعة نانومترات وعشرات النانومترات، مما يُتيح مزايا فريدة في مجالي التحفيز الكيميائي ومضادات البكتيريا. يتميز المنتج بنقاء عالٍ. باختيار مواد خام عالية النقاء وخطوات غسل وفصل مناسبة، يُمكن إزالة الشوائب بفعالية لتلبية متطلبات التطبيقات عالية النقاء. مع ذلك، قد تُسبب الكواشف العضوية وظروف التفاعل المعقدة المُستخدمة أثناء عملية التحضير تكتل المنتج وتؤثر على أدائه. لحل هذه المشكلة، يجب اتخاذ تدابير مثل إضافة المُشتتات وتحسين ظروف العملية.
نبذة عن شركة Epic Powder Machinery
آلات مسحوق ملحمة شركة رائدة في تصنيع معدات معالجة المساحيق المتطورة، متخصصة في أنظمة الطحن والتصنيف وتعديل الأسطح فائقة الدقة. بفضل خبرتها الممتدة لعقود في هذا المجال وتقنياتها الأوروبية الأساسية، تقدم شركة Epic Powder حلولاً مخصصة لأكسيد الزنك وغيره من المواد الدقيقة، مما يساعد العملاء على تحسين أداء المنتجات وثباتها وكفاءة الإنتاج في قطاعات مثل الإلكترونيات والمطاط والسيراميك والأدوية.
