تاريخ إنتاج أكسيد الزنك والاستخدامات الصناعية

تخيل مادة يمكنها حماية بشرة الأطفال الحساسة، وتعزيز مقاومة الطلاء للعوامل الجوية، وتلعب دورًا حاسمًا في صناعة الإلكترونيات. هذه المادة الرائعة هي أكسيد الزنك (ZnO). توفر هذه المقالة فحصًا شاملاً لخصائص أكسيد الزنك والخلفية التاريخية وطرق الإنتاج والتطبيقات والاتجاهات المستقبلية، مما يوفر للقراء منظورًا واضحًا وشاملاً.

أكسيد الزنك مركب غير عضوي له الصيغة الكيميائية ZnO. في درجة حرارة الغرفة، يظهر على شكل مسحوق أبيض غير قابل للذوبان في الماء. على الرغم من وجوده بشكل طبيعي في صورة معدن الزنكيت، إلا أنه يتم إنتاج أكسيد الزنك الصناعي بشكل أساسي من خلال طرق اصطناعية.

يعود استخدام أكسيد الزنك إلى آلاف السنين. من المحتمل أن الحضارات المبكرة استخدمت مركبات الزنك في الأصباغ والمراهم الطبية، على الرغم من أن تركيبها الدقيق لا يزال غير مؤكد. تشير النصوص الطبية الهندية القديمة التي يرجع تاريخها إلى عام 500 قبل الميلاد أو قبل ذلك إلى "بوشبانجان"، الذي يُعتقد أنه أكسيد الزنك، الذي يستخدم لعلاج أمراض العيون والجروح المفتوحة. قام الطبيب اليوناني ديوسقوريدس بتوثيق مراهم أكسيد الزنك في القرن الأول الميلادي، بينما أوصى ابن سينا ​​باستخدامه لعلاج السرطانات التقرحية في موسوعته الطبية.

لقد تطور إنتاج أكسيد الزنك بشكل ملحوظ على مر القرون. كانت الطرق المبكرة بسيطة نسبيًا - حيث أنتج الرومان حوالي 200 قبل الميلاد النحاس من خلال عملية التدعيم حيث تفاعل النحاس مع أكسيد الزنك. من المحتمل أن يكون هذا الأكسيد قد تم إنتاجه عن طريق تسخين خام الزنك في أفران رأسية، مما يؤدي إلى إطلاق بخار الزنك الذي يتأكسد في المداخن.

تحتوي مناجم الزنك في زوار في الهند على رواسب أكسيد الزنك التي يعود تاريخها إلى النصف الأخير من الألفية الأولى قبل الميلاد. بين القرنين الثاني عشر والسادس عشر، طور علماء المعادن الهنود تقنيات تركيب مباشر بدائية لإنتاج الزنك وأكسيد الزنك. انتشرت هذه المعرفة إلى الصين في القرن السابع عشر، وتم افتتاح أول مصهر للزنك في أوروبا في بريستول (1743). بحلول عام 1782، تم اقتراح أكسيد الزنك كبديل أكثر أمانًا لصبغة الرصاص البيضاء.

يخدم أكسيد الزنك صناعات متنوعة بما في ذلك مستحضرات التجميل والمواد الغذائية والمطاط والبلاستيك والسيراميك والزجاج والأسمنت ومواد التشحيم والدهانات والأدوية والمواد اللاصقة والإلكترونيات.

يستهلك قطاع المطاط أكثر من 50% من إنتاج أكسيد الزنك العالمي. إنه يعمل كمنشط الفلكنة، مما يعزز قوة المطاط ومرونته ومقاومته للطقس مع إطالة عمر المنتج.

كصبغة بيضاء، يوفر أكسيد الزنك مقاومة فائقة للأشعة فوق البنفسجية، وتثبيط العفن، وغير سمية مقارنة بالبدائل التقليدية القائمة على الرصاص. بدأ اعتماده في الدهانات الزيتية في عام 1834، مع بدء الإنتاج على نطاق صناعي في باريس (1845). بحلول عام 1850، انتشر تصنيع طلاء أكسيد الزنك الأوروبي على نطاق واسع.

يعمل أكسيد الزنك كعنصر رئيسي في واقيات الشمس بسبب خصائصه المقاومة للأشعة فوق البنفسجية. آثاره المضادة للميكروبات والمضادة للالتهابات تجعله ذا قيمة في علاجات حب الشباب، وكريمات طفح الحفاضات، وغيرها من المستحضرات الجلدية.

باعتباره أشباه موصلات واسعة النطاق، فإن أكسيد الزنك يتيح إنتاج أفلام موصلة شفافة وخلايا شمسية ومصابيح LED وأجهزة استشعار. خلال السبعينيات، تم استخدام أكسيد الزنك عالي النقاء في أوراق التصوير قبل أن يتم استبداله بمركبات التيتانيوم.

وتشمل الاستخدامات الإضافية المكملات الغذائية في علف الحيوانات، وضمادات الجروح، وتدفقات السيراميك، ومضافات الأسمنت، والمواد المضادة للميكروبات.

بلغت قيمة سوق أكسيد الزنك العالمي حوالي 3.5 مليار دولار في عام 2023، مع توقعات تصل إلى 4.5 مليار دولار بحلول عام 2028 (5٪ معدل نمو سنوي مركب). وتهيمن منطقة آسيا والمحيط الهادئ على الاستهلاك، حيث تنتج الصين أكثر من نصف الإمدادات العالمية. تشمل محركات نمو السوق التوسع في صناعة المطاط، والطلب على الأصباغ الصديقة للبيئة، وانتشار منتجات العناية الشخصية، واحتياجات أشباه الموصلات المتقدمة.

على الرغم من أنه آمن بشكل عام، إلا أن التعرض لفترة طويلة لغبار أكسيد الزنك قد يسبب تهيجًا في الجهاز التنفسي. تركز الاهتمامات البيئية على مجاري نفايات الإنتاج، مما يستلزم عمليات تصنيع أنظف. تشير الأبحاث الناشئة إلى سمية مائية محتملة من جزيئات أكسيد الزنك ذات الحجم النانوي، مما يستدعي المزيد من تقييم المخاطر البيئية.

يوفر أكسيد الزنك النانوي مساحة سطحية محسنة وتفاعلية للتطبيقات المتقدمة في واقيات الشمس والطلاءات والإلكترونيات.

يتيح أكسيد الزنك المعدل سطحيًا تطبيقات متخصصة بما في ذلك معالجة المياه بالتحفيز الضوئي، والمواد المضادة للميكروبات، والطلاءات الموصلة.

يدعم التوافق الحيوي لأكسيد الزنك أنظمة توصيل الأدوية، وسقالات هندسة الأنسجة، وتطوير أجهزة الاستشعار الحيوية.

تُظهر التطبيقات المتعددة الأوجه لأكسيد الزنك عبر الصناعات أهميته التكنولوجية الدائمة. ومع تقدم طرق الإنتاج وظهور تطبيقات جديدة، سيستمر هذا المركب متعدد الاستخدامات في لعب دور حيوي في علوم المواد والتنمية الصناعية.