الزنك.........

الزنك

العدد الذري : 30
الكتلة الذرية : 65.39
درجة الإنصهار : 419.58 درجة مئوية
درجة الغليان : 907 درجة مئوية
الكثافة : 7.133 جم/سم3
نصف القطر الذري : 1.33 انجستروم
عدد الأكسدة : +2
التوزيع الألكتروني : Ar ] 3d10.4S2 ]



الخارصين هو الإسم العربي للزنك ,ويرجع هذا الإسم الى اصول لاتينية تعني الراسب الأبيض , ويحتمل ان يكون الإسم مشتقاً من الكلمة الألمانية ( Zinke) وتعني اسنان المشط حيث ان شكل الخام في فرن الصهر شبيه بذلك .كما انه قد يكون مشتقاً من الكلمة الفارسية ((Seng وتعني الحجر . وعلى الرغم من ان قدماء اليونان والرومان عرفوا النحاس الأصفر قبل الميلاد الا انهم لم يتعرفوا على فلز الخارصين . تأخر الحصول على فلز الخارصين زمناً طويلاً مقارنة مع النحاس والرصاص والحديد التي تم انتاجها قبل الميلاد بالآف السنين , وذلك بسبب انخفاض درجة غليان الخارصين . حيث انه عند استخلاص الرصاص المختلط عادة مع اكسيد الخارصين في فرن الصهر ( 1000درجة مئوية ) يغلي الخارصين ويتبخر من الفرن . انتج الخارصين في الهند والصين في حوالي القرن الرابع عشر الميلادي وربما قبل ذلك حيث وجدت عملات معدنية في الصين في الفترة من 1368 الى 1644 م مكونة من 99% من الخارصين , و1% نحاس .كما وجدت في الهند بقايا عمليات صهر الخارصين دلت على وجوده في القرن الرابع عشر الميلادي .
في عام 1617م قام لوهنيس بدراسة عينات من الخارصين المستورد من الهند والصين حيث لاحظ الفلز واطلق عليه اسم الزنك. وفي عام 1721م تمكن هنكل من تحضير الخارصين من خام السميثسونيت (ZnCO3 ) الا انه لم يكشف عن الطريقة . وفي عام 1746م تمكن في برلين مارجراف من انتاج الخارصين وذلك بتقطير خام السميثسونيت في وعاء مغلق , وقام بوصف اساسيات تحضيره بدقه. وبذلك يكون له السبق في وضع الأسس النظرية لإنتاج الخارصين .
يوجد الخارصين في القشرة الأرضية بتركيز يبلغ حوالي 65 جم / طن , ويعد العنصر رقم 24 من حيث انتشاره فيها . يوجد الخارصين على هيئة عدة خامات اهمها :
مخلوط الخارصين او السفاليرايت ZnS
سميثسونايت ZnCO3


المارماتيت ZnFe)S )
هييمورفت x4ZnO.2SiO2.2H2O
هيدروزينسيت x5ZnO.2CO2.3H2O
زينسيت ZnO
ويلميت x2ZnO.SiO2
فرانكلينيت ZnO.MnO)Fe2O)


استخلاص الزنك


لايوجد الزنك في الحالة الحرة وانما يوجد متحداً مع بعض العناصر الاخرى مثل
S,O2, Si,Fe,Mn مشكلاً خاماته والتي تحتوي على بعض الفلزات مثل الرصاص والذهب والفضة والكادميوم .
تبدأعملية استخلاص الزنك بالمعالجه الأوليه ويتم فيها تكسير الخام وطحنه , ثم تركيزة بواسطة التعويم حيث يفصل خام الزنك عن خامات العناصر الأخرى مثل الرصاص والنحاس . يلي ذلك تحميص الخام الموجود على شكل كبريتيد الزنك حيث انه في حالة استخدام طرق التعدين الحراري يجب اكسدة الخام اكسدة تامة بوجود كمية كافية من الأكسجين ليلامس دقائق الخام المراد تحميصة وفقاً للتفاعل التالي:

ZnS+3/2O2----->ZnO+SO2
يسحب غازثاني اكسيد الكبريت من منطقة التفاعل بسرعة للإستفادة منه في صناعة حامض الكبريتيك .
يتم تفاعل الأكسدة عند درجة حرارة اعلى من 800 درجة مئوية ليكون الناتج اكسيد الزنك فقط , اما عند استخدام طريقة التعدين المائي فإن درجة حرارة أكسدة كبريتيد الزنك تصل الى 800 درجة مئوية او اقل حيث ينتج كبريتات الزنك كالتالي:

ZnS+2O2----->ZnSO4

بعد تحويل خامات الزنك الى الأكسيد (ZnO) بالطرق السابقة, يتم استخلاص الفلز بعدة طرق اهمها مايلي :


التعدين الحراري



توجد طرق متعددة للتعدين الحراري اهمها:


1.المعوجات


يتم فيها اختزال اكسيد الزنك المحمص بالفحم وفقاً للتفاعل التالي:


ZnO+C=Zn+CO


حيث يتكون زنك في الحالة الغازية ويتم تكثيفه الى الحالة السائلة ثم تنقيته.







مخطط استخلاص الزنك بالتعدين الحراري



يمكن انتاج الزنك في المعوجات بطريقتين هما:
أ‌-الإختزال في المعوجات الأفقية.
ب‌-الإختزال فى المعوجات العمودية.


2.الفرن العاصف


يعد تطوراً لانتاج الفلز مقارنة بطريقة المعوجات حيث تقل كمية الغازات الخارجه والمكونة من بخار الزنك وغاز اول اكسيد الكربون وغاز ثاني اكسيد الكربون فضلاً عن الحصول على كمية اكبر من الزنك من خاماته .

ZnO+CO----->Zn+CO2



التعدين المائي


تتميز هذه الطريقة بامكانية استعمال خامات تحتوي على كمية قليلة من الزنك, وبسهولة فصل الشوائب الفلزية في الخام , والحصول على زنك عالي النقاوة (99.998% زنك )
يتم الإستخلاص بهذه الطريقة وفقاً للخطوات التالية:
1- إذابة خام الزنك المكون من اكسيد وكبريتات الخارصين في حامض الكبريت حيث يذوب اكسيد الزنك وفقاً للمعادلة التالية:

ZnO+H2SO4----->ZnSO4+H2O

2- معالجة المحلول الناتج من الإذابة للتخلص من الحديد والذي يوجد بصورة رئيسية على شكل كبريتات الحديد الثنائية عن طريق الأكسدة والترسيب.
3- معالجة المحلول بهيدروكسيد الكالسيوم لمعادلة حامض الكبريت عن طريق الترسيب ايضاً بقية الشوائب يتم ترسيبها على شكل فلزات عند اضافة مسحوق الخارصين للمحلول .
4- تحلل كبريتات الزنك كهربائياً فيتحرر الزنك على المهبط حيث يصهر بعد ذلك في افران كهربائية .