بررسی تاریخچه، تولید و کاربردهای صنعتی اکسید روی

تصور کنید ماده‌ای که می‌تواند از پوست لطیف نوزادان محافظت کند، مقاومت رنگ را در برابر آب و هوا افزایش دهد و نقش مهمی در صنعت الکترونیک ایفا کند. این ماده قابل توجه اکسید روی (ZnO) است. این مقاله یک بررسی کامل از خواص اکسید روی، پیشینه تاریخی، روش‌های تولید، کاربردها و روندهای آینده ارائه می‌دهد و دیدگاهی روشن و جامع را در اختیار خوانندگان قرار می‌دهد.

اکسید روی یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی ZnO است. در دمای اتاق، به صورت پودر سفید نامحلول در آب ظاهر می‌شود. در حالی که به طور طبیعی به عنوان کانی زینکیت وجود دارد، اکسید روی صنعتی عمدتاً از طریق روش‌های مصنوعی تولید می‌شود.

استفاده از اکسید روی به هزاران سال پیش برمی‌گردد. تمدن‌های اولیه احتمالاً از ترکیبات روی در رنگدانه‌ها و پمادهای دارویی استفاده می‌کردند، اگرچه ترکیب دقیق آنها نامشخص باقی مانده است. متون پزشکی باستانی هند از 500 سال قبل از میلاد یا قبل از آن، از «pushpanjan» نام می‌برند که اعتقاد بر این است که اکسید روی است و برای درمان بیماری‌های چشمی و زخم‌های باز استفاده می‌شده است. پزشک یونانی دیوسکوریدس پمادهای اکسید روی را در قرن اول میلادی مستند کرد، در حالی که ابن سینا استفاده از آن را برای سرطان‌های زخمی در دایرةالمعارف پزشکی خود توصیه کرد.

تولید اکسید روی در طول قرن‌ها به طور قابل توجهی تکامل یافته است. روش‌های اولیه نسبتاً ساده بودند - رومی‌ها در حدود 200 سال قبل از میلاد برنج را از طریق فرآیند سیمان‌سازی تولید می‌کردند که در آن مس با اکسید روی واکنش نشان می‌داد. این اکسید احتمالاً با حرارت دادن سنگ معدن روی در کوره‌های عمودی تولید می‌شد و بخار روی آزاد می‌کرد که در دودکش اکسید می‌شد.

معادن روی زاور هند حاوی ذخایر اکسید روی هستند که قدمت آنها به نیمه دوم هزاره اول قبل از میلاد می‌رسد. بین قرن‌های 12 و 16، متالورژیست‌های هندی تکنیک‌های سنتز مستقیم ابتدایی را برای تولید روی و اکسید روی توسعه دادند. این دانش در قرن 17 به چین گسترش یافت و اولین ذوب روی اروپا در بریستول (1743) افتتاح شد. تا سال 1782، اکسید روی به عنوان جایگزینی ایمن‌تر برای رنگدانه سفید سرب پیشنهاد شد.

اکسید روی در صنایع مختلف از جمله لوازم آرایشی، مواد غذایی، لاستیک، پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیمان، روان‌کننده‌ها، رنگ‌ها، داروها، چسب‌ها و الکترونیک کاربرد دارد.

بخش لاستیک بیش از 50 درصد از تولید جهانی اکسید روی را مصرف می‌کند. این ماده به عنوان یک فعال‌کننده ولکانیزاسیون عمل می‌کند و استحکام، خاصیت ارتجاعی و مقاومت لاستیک در برابر آب و هوا را افزایش می‌دهد و در عین حال طول عمر محصول را افزایش می‌دهد.

اکسید روی به عنوان یک رنگدانه سفید، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، مهار قالب و غیر سمی بودن را نسبت به جایگزین‌های سنتی مبتنی بر سرب ارائه می‌دهد. استفاده از آن در رنگ‌های روغنی در سال 1834 آغاز شد و تولید در مقیاس صنعتی در پاریس (1845) آغاز شد. تا سال 1850، تولید رنگ اکسید روی در اروپا گسترده شده بود.

اکسید روی به دلیل خواص مسدودکننده اشعه ماوراء بنفش، به عنوان یک عنصر کلیدی در ضدآفتاب‌ها عمل می‌کند. اثرات ضد میکروبی و ضد التهابی آن باعث می‌شود که در درمان آکنه، کرم‌های سوختگی پوشک و سایر آماده‌سازی‌های پوستی ارزشمند باشد.

اکسید روی به عنوان یک نیمه‌رسانای با شکاف باند وسیع، فیلم‌های رسانای شفاف، سلول‌های خورشیدی، LEDها و حسگرها را فعال می‌کند. در دهه 1970، اکسید روی با خلوص بالا در کاغذهای فتوکپی کاربرد پیدا کرد و سپس با ترکیبات تیتانیوم جایگزین شد.

کاربردهای اضافی شامل مکمل‌های غذایی در خوراک دام، پانسمان زخم، شار سرامیکی، افزودنی‌های سیمان و مواد ضد میکروبی است.

ارزش بازار جهانی اکسید روی در سال 2023 تقریباً 3.5 میلیارد دلار بود که پیش‌بینی می‌شود تا سال 2028 به 4.5 میلیارد دلار (5٪ CAGR) برسد. آسیا و اقیانوسیه بر مصرف غالب است و چین بیش از نیمی از عرضه جهانی را تولید می‌کند. محرک‌های رشد بازار شامل گسترش صنعت لاستیک، تقاضا برای رنگدانه‌های سازگار با محیط زیست، گسترش محصولات مراقبت شخصی و نیازهای نیمه‌رساناهای پیشرفته است.

در حالی که به طور کلی ایمن است، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض گرد و غبار اکسید روی ممکن است باعث تحریک تنفسی شود. نگرانی‌های زیست محیطی بر جریان‌های زباله تولید متمرکز است که مستلزم فرآیندهای تولید پاک‌تر است. تحقیقات در حال ظهور نشان می‌دهد که سمیت بالقوه آبی از ذرات اکسید روی در مقیاس نانو وجود دارد که مستلزم ارزیابی بیشتر ریسک زیست محیطی است.

اکسید روی در مقیاس نانو، سطح و واکنش‌پذیری بیشتری را برای کاربردهای پیشرفته در ضدآفتاب‌ها، پوشش‌ها و الکترونیک ارائه می‌دهد.

اکسید روی اصلاح شده سطحی، کاربردهای تخصصی از جمله تصفیه آب فتوکاتالیستی، مواد ضد میکروبی و پوشش‌های رسانا را فعال می‌کند.

سازگاری زیستی اکسید روی از سیستم‌های دارورسانی، داربست‌های مهندسی بافت و توسعه حسگرهای زیستی پشتیبانی می‌کند.

کاربردهای چندوجهی اکسید روی در صنایع، اهمیت فناوری پایدار آن را نشان می‌دهد. با پیشرفت روش‌های تولید و ظهور کاربردهای جدید، این ترکیب همه‌کاره همچنان نقش حیاتی در علم مواد و توسعه صنعتی ایفا خواهد کرد.