دخلت المعادن والسبائك حياتنا عن كثب لدرجة أننا في بعض الأحيان لا نفكر فيها. في وقت مبكر من 4 إلى 3 آلاف عام قبل الميلاد ، حدث التعارف الأول للإنسان مع الشذرات. لقد مر الكثير من الوقت منذ ذلك الحين ، وتحسنت معالجة المعادن كل عام فقط.
لعب الزنك دورًا كبيرًا في هذا. تستخدم السبائك التي تعتمد عليها في العديد من الصناعات. في هذا المقال سنلقي نظرة على سبائك الزنك ودورها في حياتنا
معدن انتقالي
من المعروف أن الزنك معدن انتقالي هش مائل إلى الزرقة. يستخرج من خامات شبه معدنية. عملية الحصول على الزنك النقي معقدة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً. بادئ ذي بدء ، يتم إثراء الخام المحتوي على 1-4٪ زنك بالتعويم الانتقائي. من خلال هذه العملية يتم الحصول على مركزات (55٪ زنك). بعد ذلك ، تحتاج إلى الحصول على أكسيد الزنك. لهذا ، يتم تحميص المركزات الناتجة في الأفران في طبقة مميعة. فقط منأكسيد الزنك يمكنك الحصول على هذا المعدن بشكله النقي وهناك طريقتان لعمل ذلك
الحصول على الزنك
الأول إلكتروليتي ، يعتمد على معالجة أكسيد الزنك بحمض الكبريتيك. نتيجة لهذا التفاعل ، يتم تكوين محلول كبريتات ، يتم تنقيته من الشوائب وتعريضه للتحليل الكهربائي. يتم ترسيب الزنك على كاثودات الألومنيوم ، والتي يتم صهرها بعد ذلك في أفران الحث. نقاوة الزنك التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة هي حوالي 99.95٪.
الطريقة الثانية ، أقدمها ، هي التقطير. يتم تسخين المركزات إلى درجة حرارة عالية جدًا (حوالي 1000 درجة مئوية) ، ويتم إطلاق أبخرة الزنك ، والتي ، عن طريق التكثيف ، تستقر على الأوعية الطينية. لكن هذه الطريقة لا تعطي مثل هذا النقاء كالأول. يحتوي البخار الناتج على حوالي 3٪ من الشوائب المختلفة ، بما في ذلك عنصر قيم مثل الكادميوم. لذلك ، يتم تنقية الزنك بشكل أكبر عن طريق الفصل. عند درجة حرارة 500 درجة مئوية يتم الدفاع عنها لبعض الوقت ويتم الحصول على نقاء بنسبة 98٪. وهذا يكفي لمزيد من إنتاج السبائك ، لأن الزنك لا يزال مخلوطًا بنفس العناصر. إذا لم يكن هذا كافيًا ، يتم استخدام التصحيح والحصول على الزنك بنقاء 99.995٪. وبالتالي ، تسمح كلتا الطريقتين بالحصول على الزنك عالي النقاء.
زوج لا ينفصل من المعادن
عادة ، يوجد الرصاص في سبائك الزنك كشوائب. في الطبيعة ، يوجد هذا الزوج غير المنفصل من المعادن في كثير من الأحيان. ولكن في الواقع ، فإن المحتوى العالي من الرصاص في سبيكة الزنك يحط من خصائصها الفيزيائية ، مما يخلق ميلًا للتآكل بين الخلايا الحبيبية إذا كان كذلك.المحتوى يتجاوز 0.007٪. يتواجد الرصاص والزنك في الغالب معًا في القصدير البرونزي والنحاس الأصفر.
إذا تحدثنا عن سهل الانصهار لهذين العنصرين ، فمن المهم أن نلاحظ أنه حتى درجة حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية لا يختلطان مع بعضهما البعض ويمثلان سائلين مختلفين. أثناء التبريد السريع ، يحدث توزيع موحد للرصاص في شكل شوائب مستديرة على طول حدود الحبوب. تُستخدم سبائك الزنك والرصاص في صناعة ألواح الطباعة نظرًا لحقيقة أنها تذوب بسرعة كبيرة في الحمض. في أغلب الأحيان ، تتم إزالة شوائب الرصاص من الزنك باستخدام طريقة التقطير.
سبائك الزنك والنحاس
النحاس سبيكة معروفة حتى قبل عصرنا. في ذلك الوقت ، لم يتم اكتشاف الزنك بعد ، ولكن كان الخام يستخدم على نطاق واسع. في السابق ، كان يتم الحصول على النحاس الأصفر بخلط سميثسونايت (خام الزنك) والنحاس. فقط في القرن الثامن عشر تم تصنيع هذه السبيكة لأول مرة باستخدام الزنك المعدني.
في عصرنا ، هناك عدة أنواع من النحاس الأصفر: أحادي الطور ومرحلان. الأول يحتوي على حوالي 35٪ زنك بينما يحتوي الأخير على 50٪ و 4٪ رصاص. النحاس أحادي الطور مطيل للغاية ، بينما يتميز الصنف الثاني بهشاشة وصلابة. بعد النظر في مخطط الحالة لهذين العنصرين ، يمكننا أن نستنتج أنهما يشكلان سلسلة من المراحل الإلكترونية: β ، γ ، ε. مجموعة متنوعة مثيرة للاهتمام من النحاس هو تومباك. يحتوي على ما يصل إلى 10٪ فقط من الزنك ولهذا فهو يتمتع بدرجة عالية من اللدونة. تم استخدام Tompak بنجاح في الكسوة الفولاذية وإنتاج ثنائي المعدن. قبلهتستخدم لعمل العملات المعدنية وتقليد الذهب.
الزنك والفولاذ
في كل منزل تقريبًا ، يمكنك العثور على أشياء مجلفنة: دلاء ، وأواني ، وماء مغلي ، وما إلى ذلك ، جميعها محمية بشكل موثوق من الصدأ بفضل الزنك. من الناحية المجازية ، بالطبع ، يتم طلاء الفولاذ بهذا المعدن ، ومن المنطقي أننا لا نتحدث عن سبيكة. من ناحية أخرى ، بمعرفة كيفية حدوث الجلفنة ، يمكن مناقشة العكس. الحقيقة هي أن الزنك يذوب عند درجة حرارة منخفضة جدًا (حوالي 400 درجة مئوية) ، وعندما يدخل سطح الفولاذ في حالة سائلة ، فإنه ينتشر فيه.
ذرات كلتا المادتين مرتبطة ببعضها البعض بإحكام شديد ، وتشكل سبيكة من الحديد والزنك. لهذا السبب ، يمكننا أن نقول بأمان أن Zn ليس "موضوعًا" على المنتج ، ولكنه "مضمن" فيه. يمكن ملاحظة ذلك في حالة الأسرة العادية. على سبيل المثال ، يظهر خدش على دلو مجلفن. هل بدأ الصدأ هنا؟ الجواب لا لبس فيه - لا. هذا لأنه عندما تدخل الرطوبة ، تبدأ مركبات الزنك في التحلل ، لكنها في نفس الوقت تشكل نوعًا من الحماية للصلب. لذلك ، في معظم الحالات ، تم تصميم سبائك الزنك هذه لحماية المنتجات من التآكل. بالطبع ، يمكن أيضًا استخدام مواد أخرى ، مثل الكروم أو النيكل ، لهذه الأغراض ، لكن تكلفة هذه المنتجات ستكون أعلى عدة مرات.
القصدير والزنك
هذه السبيكة لا تقل شهرة عن السبيكة الأخرى التي استعرضناها بالفعل. في عام 1917-1918 في بلغاريا ، تم استخدامه على نطاق واسع في صناعة أواني خاصة تحتوي على سائل دافئ لفترة طويلة.(نظائرها من الترمس الحديث). في الوقت الحاضر ، تستخدم سبائك الزنك والقصدير على نطاق واسع في صناعات الراديو والكهرباء. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن التركيبة التي تحتوي على نسبة 20٪ من الزنك ملحومة جيدًا ، ويتم الحفاظ على تلميع الرواسب لفترة طويلة.
بالطبع ، كطلاء مضاد للتآكل ، يمكن أيضًا استخدام هذه السبيكة. خصائصه تشبه إلى حد بعيد طلاء الكادميوم ، لكنها في نفس الوقت أقل تكلفة.
خصائص سبائك الزنك
طبعا كل التراكيب مع هذا المعدن تختلف عن بعضها البعض في نسبتها. بشكل عام ، تتمتع سبائك الزنك بخصائص صب وميكانيكية جيدة. أولا وقبل كل شيء هو مقاومة التآكل. الأهم من ذلك كله ، أنه يتجلى في جو من الهواء الجاف النظيف. يمكن رؤية المظاهر المحتملة للتآكل في المدن الصناعية. ويرجع ذلك إلى وجود أبخرة حمض الهيدروكلوريك والكلور وأكاسيد الكبريت في الهواء ، مما يجعل التكثيف بالرطوبة من الصعب تكوين طبقة واقية. سبائك النحاس والقصدير والزنك تتميز بخصائص وقائية عالية. هذه التركيبة هي الأقل عرضة للتآكل ، خاصة في الجو الصناعي. إذا تحدثنا عن خصائص الصب للزنك ، فإنها بالطبع تعتمد على عناصر السبائك في سبائكها.
لذلك ، على سبيل المثال ، يجعل الألومنيوم هيكلها متجانسًا ، وحبيبات دقيقة ، ويضفي عليها طابعًا جديدًا ، ويقلل من التأثير السلبي للحديد. عنصر آخر مهم في صناعة السبائك هو النحاس. يزيد القوة ويقللالتآكل بين البلورات. سبائك النحاس والزنك لها قوة تأثير عالية ، ولكن في نفس الوقت تفقد خصائصها في الصب جزئيًا.
مجالات تطبيق الزنك وسبائكه
في الواقع ، تعتبر الأجزاء المصنوعة من سبائك الزنك شائعة جدًا في عصرنا. على الرغم من حقيقة أن البلاستيك يحل محل المنتجات المعدنية ، إلا أنه في بعض الحالات لا يمكن الاستغناء عنها. على سبيل المثال ، صناعة السيارات هي صناعة لا يمكنها الاستغناء عن سبائك الزنك. المرشحات ، والأحواض ، والمكربن ومضخات الوقود ، وأغطية العجلات ، وكواتم الصوت - كل هذا وأكثر من ذلك بكثير يتم تصنيعه باستخدام مركبات هذا العنصر الكيميائي.
نظرًا لحقيقة أن سبائك الزنك تتمتع بخصائص صب جيدة ، يتم صب الأجزاء المعقدة من مختلف الأشكال منها بحد أدنى من سمك الجدار. البناء مجال آخر لا غنى فيه عن هذه السبائك. يستخدم الزنك المدلفن في الأسقف والأنابيب والمزاريب. على الرغم من وجود اتجاه لتقليل إنتاج سبائك الزنك ، إلا أنه لا يمكن التخلي عن إنتاجها بسبب الرخص النسبي والخصائص الميكانيكية للمادة.
