بررسی صنعت سرب و روی-بخش اول (کاربردها)

واحد تحلیل  TSEpress    در تحلیلی  وضعیت  صنعت سرب و روی را بررسی نموده است قسمت اول  این تحلیل در ادامه  می آید  :

روی

روي (Zinc ) چهارمين فلز مورد استفاده بعد از آهن، آلومينيوم و مس مي‌باشد و از نظر فراواني بيست و هشتمين عنصر فراوان در پوسته زمين با عيار متوسط 65 گرم در تن و به عنوان يك عنصر (trace ) در بيشتر سنگ‌ها يافت مي‌شود.

روي فلزي است به رنگ سفيد مايل به آبي با نماد Zn ، عدد اتمي 30، وزن اتمي 39/65، وزن مخصوص 13/7 گرم بر سانتي متر مکعب، سختي 5/2 در مقياس موس، ترد و شکننده، سخت، نقطه جوش 907 درجه سانتيگراد درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 73/419 درجه سانتي گراد. سرب و روي در طبيعت همواره با هم آميخته بوده و سنگ‌هاي درونگير مشتركي دارند. كانسار سرب و روي معمولاً با نهشته‌هاي مهمي از باريت و فلوئورين همراه است و از اين جهت بسيار حائز اهميت است زيرا در مراحل اكتشاف مي‌توان به كانسارهاي ديگر نيز دست يافت، علاوه بر آن در فرآيند فرآوري نيز مي‌توان از كاني‌هاي همراه استفاده نمود.

روي تا اواسط قرن 18 میلادی مصرف چنداني نداشت، اما امروزه روي پس از فولاد، آلومينيوم و مس در رده‌ی چهارم مصرف قرار دارد.روي در ساخت سيمان، دندانسازي، ساخت كبريت، كف‌سازي، ظروف سفالين، لوازم لاستيكي، اتومبيل سازي، لوازم آشپزخانه، روکش فولاد (گالوانيزه کردن)، تهيه آلياژهاي برنز و برنج، لحيم کاري، قوطي هاي خمير دندان، چسب فلز ماشين‌تحرير، نقره آلماني و... است. از اکسيد و سولفور روي به عنوان ماده رنگي سفيد در رنگ سازي و تهيه پلاستيک، از سولفات روي در رنگرزي و ساخت چسب و از کلرور روي در لحيم کاري و جلوگيري از فساد چوب استفاده مي شود. پائين بودن نقطه ذوب اين فلز كه شكل‌پذيري در ريخته‌گري را آسان مي‌كند.

شکل 1- مصارف روی در بخش‌های مختلف

روي به صورت بخشي از مخازن باتري‌ها، در قالب‌هاي ريخته‌گري و صنعت اتومبيل‌سازي به كار مي‌رود. اكسيد روي به عنوان يك رنگدانه سفيد در رنگ آبي (اقيانوس‌ها)و انواع نقاشي استفاده مي‌شود. كلريد روي به عنوان يك ضدبو (اسپري بدن) و به عنوان ماده نگهدارنده چوب استفاده مي‌شود. سولفيد روي در رنگدانه‌هاي نورتاب براي ساخت عقربه‌هاي ساعت و اشياء ديگري كه در تاريكي بدرخشند،‌ استفاده مي‌شود.

اكسيد روي به عنوان رنگريزه در رنگهاي لاتكس محلول كاربرد فراواني دارد. كاربرد اين ماده در كشاورزي بعنوان افزاينده باروركننده جهت جبران كمبود روي خاك از اهميت كمتري برخوردار است. اكسيد روي جزئي از فرمولاسيون در صنعت شيشه، لعاب كاري و سراميك مي باشد. اين ماده بر روي نقطه ذوب، خواص نوري و الاستيك و همچنين رنگ و جلاي شيشه ها تاثير مي گذارد. اكسيد روي يكي از تشكيل دهنده هاي پودر صورت، رژ لب و كرم هاي است كه در صنعت لوازم آرايشي كاربرد دارد مي باشد. اين ماده همچنين بعنوان افزاينده به روغن، چسب، عاملهاي خشك كننده، عاملهاي غير شفاف ساز و بعنوان كاتاليزور در سنتز متانول كاربرد دارد. اكسيد روي بدليل دارا بودن خاصيت پوششي اپاسيتي (Opacity ) در برابر اشعه ماوراء بنفش و ضريب شكست بالا (High Refractive Index )، در صنايع رنگ‌سازي استفاده مي‌شود كه باعث افزايش پايداري رنگ است.

روي در صنايع اتومبيل‌سازي از جمله در ساخت شبكه‌ها، دستگيره قفل، اجزاء مكانيكي و برقي، بدنه، اتصالات برقي نيز كاربرد وسيع و گسترده دارد. تركيبات روي در ساخت رنگ‌هاي ضد خوردگي كاتالسيت‌هاي شيميايي، ماده گدازنده جوشكاري، لوله‌هاي كاتدي، صفحه‌هاي رادار، و مواد افزودني (acditive ) در روغن‌هاي روان‌كننده و گريس نيز بكار برده مي‌شود.

سرب

نام سرب Lead از واژه لاتين (Plumbum) گرفته شده است. سرب از نظر فراواني در پوسته زمين كمتر از مس و روي و به عنوان سي و يکمين عنصر فراوان در پوسته زمين با فراواني 002/0 % مي باشد. همچنين مقدار سرب در سنگ‌هاي آذرين از 5 تا 20 ppm است .

سرب فلزي است ضعيف و نادر به رنگ خاكستري مايل به آبي با نماد Pb ،عدد اتمي 82، وزن اتمي 2/207، وزن مخصوص 35/11 گرم بر سانتي متر مکعب، سختي 5/1 در مقياس موس،نرم، جلاي فلزي، داراي خاصيت انعطاف پذيري ضعيف، چكش‌خوار، قابل برش، نقطه جوش بالا (1700) درجه سانتيگراد و نقطه ذوب پايين (4/327 ) درجه سانتي گراد .

سرب زماني که در معرض هوا قرار مي گيرد، ظاهر خاکستري تيره رنگ و ماتي مي يابد اما به صورت سطوح سالم و تازه شكسته به رنگ سفيد مايل به آبي است و خاصيت هدايت الکتريکي ضعيفي دارد .

سرب فلزي استراتژيك است زيرا عمده فعاليت‌هاي شهري و نظامي به انرژي ذخيره شده در باطري‌هاي اسيدي - سربي متكي است. سرب نيز كاربرد فراواني در ساخت آلياژها دارد. سرب تصفيه شده خالص را سرب نرم مي‌نامند. تاكنون 130 نوع كانه سرب شناخته شده است كه در ميان آن‌ها سولفور سرب مهمترين و اقتصادي‌ترين است و 90 درصد توليدات سرب ايران از اين كانه بدست مي‌آيد. ديگر كانه مهم سرب سروزيت (PbCO3) است كه عيار سرب در اين كانه حدود 55/77 درصد مي‌باشد. كانسار سرب و روي معمولاً با نهشته‌هاي مهمي از باريت و فلوئورين همراه است و از اين جهت بسيار حائز اهميت است زيرا در مراحل اكتشاف مي‌توان به كانسارهاي ديگر نيز دست يافت، علاوه بر آن در فرآيند فرآوري نيز مي‌توان از كاني‌هاي همراه استفاده نمود .

نزديك به 70 درصد توليد ناخالص سرب جهان از كانسنگ آميخته سرب و روي بدست مي‌آيد. تاكنون نزديك به 130 نوع كاني سرب شناخته شده است كه از ميان آن‌ها سولفيد سرب يا گالن مهم‌ترين و اقتصادي‌ترين نوع كانه سرب است و 90 درصد توليد سرب نيز از آن بدست مي‌آيد .

شکل2- مصارف سرب در بخش‌های مختلف

سرب به شكل فلزي چه خالص و چه به صورت آلياژ يا به صورت تركيبات شيميايي در درجه اول به صورت اكسيد سرب، بكار برده مي‌شود. فلز نرم و سنگين سرب در صفحه‌هاي باتري، ياتاقان، حروف چاپ، حفاري، لوله‌هاي سربي، ورقه هاي سربي پوشش سيم، آلياژ ها (مانند برنز و مفرغ)، مهمات، لحيم‌كاري، به عنوان ماده رنگي، نيترات سرب در رنگرزي، غلاف كابل‌ها، حفاري و ترکيبات ارسنيک دار سرب در حشره کش ها به کار مي رود. در سراميك سازي به عنوان داده رنگي به كار می‌رود و تركيبات آرسينك دار آن در حشره‌كش‌ها و نيترات آن در رنگرزي استفاده مي‌شود. سرب همچنين در رنگ‌سازي، شيشه‌گري، سراميك‌سازي و توليد بنزين كاربرد فراواني دارد و بطور كلي بخش اصلي مصرف فلز سرب در ترابري و الكتريكي مي‌باشد. بيشترين ميزان سرب مورداستفاده به صورت اكسيد مي‌باشد كه به صورت پودري و دانه‌اي در دسترس است.

سرب در باتری

يكي از مهمترين مصارف سرب، استفاده از آن در باتري‌سازي است. باتری اسید سرب (Lead Acid ) در سال 1859 برای اولین بار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté به عنوان اولین باتری با قابلیت شارژ مجدد بصورت تجاری به بازار عرضه شد. هم اکنون اقبال عمومی به استفاده از این باتری‌ها تا به حدی است که تقریبا 80 درصد از کل مصرف سرب دنیا در ساخت باتری‌های سرب اسیدی استفاده می‌شود. در باتری اسید سرب، آند یا قطب مثبت از اکسید سرب (PbO 2) وقطب منفی یا کاتد از سرب (Pb ) تشکیل شده و الکترولیت آن محلول اسید سولفوریک (H 2SO 4) و آب (H 2O ) می‌باشد. اسید سولفوریک خالص عموما بین 25 تا 40 درصد از کل محلول را تشکیل می‌دهد.

قیمت نسبتا پایین این نوع از باتری‌ها در مقایسه با سایر باتری‌های مشابه و همچنین قابلیت جریان دهی لحظه‌ای بالای آنها، باتری‌های سرب اسیدی را تبدیل به بهترین انتخاب برای مصارف گوناگون همچون خودروها، کشتی‌ها و بویژه یوپی اس ها(منبع تغذیه بدون وقفه ) نموده است. از لحاظ زيست محيطي ميزان سربي كه ماشين‌هاي الكتريكي توسط باتري آزاد مي‌كنند برابر ميزان سربي است كه ماشين‌هاي درون‌سوز آزاد مي‌نمايند. بنابراين كارخانه‌ها به دنبال اين هستند تا باتري اسيد- سربي بسازند كه قابل بازگشت به طبيعت بوده و شارژ شدن آن راحت‌تر باشد. از ديرباز از باتري‌ها براي استارت زدن، روشنايي ماشين و احتراق استفاده شده است. باتري‌هاي اسيد- سرب در اين زمينه بي‌رقيب بوده‌اند. تنها دو رقيب براي اين باتري وجود داشته كه باتري‌هاي نيكل- كادميوم و نيكل- روي بوده‌اند كه ولتاژ كمتر، ايمني پائين‌تر و قيمت بالاتري داشته‌اند. باتریهای نیکل کادمیوم حدودا بین 2 تا 4 بار گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند. البته بسته به کیفیت و نوع آلیاژ و تکنیک ساخت باتری این امکان وجود دارد که این اختلاف بیشتر از 5 برابر نیز بشود. همچنین پروسه بازیافت کادمیوم پیچیده‌تر از سرب بوده و در عین حال فلز کادمیوم شدیدا سرطان زا می‌باشد. . از این رو در حال حاضر، رقيب خاصي براي باتري‌هاي سرب- اسيد وجود ندارد.

محصولات رولي و قالبي سرب Rolled & extruded

رشته‌ها و ورقه‌هاي سرب، هم اكنون عنصر اصلي لوله‌ها و قالب‌ها در صنعت ساختمان‌سازي است. لوله‌هاي سربي يكي از مواردي است كه در اين صنعت استفاده مي‌شود و البته به وسيله لوله‌هاي مسي و لوله‌هاي پلاستيكي جايگزين مي‌شود. رشته‌هاي سربي به طور گسترده‌اي در مصارف ساختمان‌هاي خانگي و ساختمانهاي تجاري مورداستفاده قرار مي‌گيرند. تاكنون تلاش زيادي براي جايگزين نمودن آنها صورت گرفته است كه البته به علت عمر كم و قيمت بالاتر هنوز استفاده از سرب مقرون به صرفه‌تر است .

قسمتي از سرب استفاده شده در صنعت ساختمان‌سازي صرف قسمت‌هاي عايق صدا و محافظ در برابر اشعه‌هاي راديويي مي‌شود، ولي به هر حال براي مصرف اين مواد از سرب بسيار ناچيز استفاده مي‌شود. به تدريج پليمري به عنوان جايگزين سرب براي محافظت در برابر اشعه‌ها بكار گرفته شده است. اين ماده جديد به همان ميزان سرب، جلوي اشعه‌ها را مي‌گيرد، با اين تفاوت كه نسبت به سرب 35% سبك‌تر است. در صنايع شيميايي ورقه‌ها و لوله‌هاي سربي رقابت تنگاتنگي را با استيل‌هاي ضد زنگ و پلاستيك‌ها براي مصارف آزمايشگاهي و نگهداري مواد دارند .

آلياژهاي سرب مصرف سرب در اين بخش نيز مانند ساير بخش‌ها دچار افت‌ وخيز شده است. بعضي از افت‌ها به علت پيشرفت تكنولوژي و بعضي به علت موانع زيست‌محيطي بوده است. سرب معمولاً‌ با آنتيموان و قلع به صورت آلياژ در مي‌آيد. اين آلياژها معمولا‌ براي لحيم‌كاري و يا توليد بلبرينگ مورداستفاده قرار مي‌گيرد. قبلاً از اين آلياژها در صنعت چاپ نيز استفاده مي‌شده است. ميزان استفاده از سرب در ساخت بلبرينگ در صنايع ماشين‌سازي و حمل و نقل ريلي و مصارف صنعتي رو به كاهش نهاده است. لحيم مهمترين استفاده سرب در آلياژهاست كه معمولاً‌ در صنايع مهندسي و الكترونيك كاربرد دارد . لحيم همچنان بعنوان اصلي‌ترين آلياژ سرب باقي‌مانده كه در صنايع الكترونيك و ساخت ماشين‌ها مورداستفاده قرار مي‌گيرد. بتدريج لحيم‌ها از صنعت الكترونيك هم به كنار نهاده مي‌شوند و مواد ديگري جايگزين آنها مي‌شوند . در صنعت اتومبيل‌سازي از لحيم به طور خاص در ساخت بوته ماشين و بعد از آن در رادياتور‌سازي استفاده مي‌شود كه البته استعمال آن به تدريج در حال توقف است. به دليل مسائل زیست محیطی استفاده از لحيم سرب در لوله‌ها ممنوع شده است. استفاده از آلومينيوم و پلاستيك كم كم جايگزين آلياژهاي سرب مي‌شود. بازار استفاده از سرب در صنعت چاپ به كل از ميان رفته است. معمولاً زباله‌هاي تجهيزات الكتريكي قابل بازيافت نيستند. به علت وجود سرب و خرده آن براي طبيعت غيرقابل بازيافت مي‌باشند. آب‌شويي آلياژهاي سرب توسط باران مي‌تواند به درون زمین نفوذ و سفره‌هاي آب زيرزميني را آلوده سازد .

انگيزه‌هاي زيادي براي جانشين كردن مواد ديگر به جاي سرب در آلياژها وجود دارد. از تركيبات In, Fe, Zn, Sn و Ag به عنوان جايگزين‌هاي آلياژهاي سربي استفاده مي‌شود. شبيه‌ترين آلياژ به لحيم، آلياژي با تركيب 63% قلع و 37% سرب است كه البته همه اين آلياژها از موارد قبلي گران‌تر هستند. دو آلياژ نقره- قلع و روي- قلع نيز توسط ژاپني‌ها كشف شده است. اين دو آلياژ خطر سرب را نداشته و قيمت آنها نيز مشابه قيمت آلياژهاي قبلي است .

سرب در گلوله و مهمات

استفاده از سرب در اين بخش كمتر از 5% كل مصرف سرب است. امروزه ميزان آلودگي كه گلوله‌هاي سربی در خاك به وجود مي‌آوردند به واسطه مواد ديگر كه جايگزين سرب شده‌اند، كاهش يافته است. اين مواد سربي مي‌توانند وارد رودخانه‌ها شوند و باعث مرگ و مير جانداران بخصوص ماهي‌ها شوند .

سرب در پوشش كابل‌ها

تا نیم قرن پیش، سرب به عنوان مهمترين پوشش كابل‌هاي الكتريكي در فرانسه، آلمان، ژاپن و انگليس مورداستفاده قرار مي‌گرفت. استفاده از سرب در اين بخش نیز بتدريج رو به كاهش نهاده است. تنها كشوري كه اين كاهش در آن مشاهده نمي‌شود، ايتاليا است كه در كنار استفاده از آن به صادرات آن نيز روي آورده است . ايتاليا اين كابل‌ها را در صنايع برق فشارقوي به كار مي‌برد و قسمتي از توليدات خود را صادر مي‌كند. وقتي اين پوشش كارايي بالايي دارد، جايگزيني آن با ماده‌اي ديگر دشوار است. البته پيدايش فيبرنوري استفاده از سرب را كاسته است. جايگزين‌‌هايي مانند لايه‌هاي مسي يا آلومينيومي و يا پليمرهاي مخصوص در حال جايگزين شدن به جاي سرب هستند. البته سرب اين مزيت را دارد كه به نسبت مواد گفته شده راحت‌تر جوش‌كاري مي‌شود و در ضمن كنترل اندازه ورقه‌هاي آن آسان‌تر است.