شمش روی (Zinc Ingot) یک بلوک فلزی تصفیه‌شده از فلز روی(Zn) است که معمولاً پس از استخراج از سنگ معدن سفالریت (Zinc Blende –ZnS) و طی فرآیند ذوب و پالایش به‌دست می‌آید.  این شمش‌ها به عنوان ماده اولیه در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند، چون روی یکی از فلزات پرکاربرد و راهبردی دنیاست.

فرآیند تولید شمش روی

۱. استخراج سنگ معدن روی (ZnS)

۲. تبدیل به اکسید روی (ZnO) از طریق فرآیند حرارتی

۳. تصفیه و احیا به روش‌های الکترولیتی یا حرارتی

۴. ذوب و ریخته‌گری در قالب‌های استاندارد برای تولید شمش

نتیجه: شمشی از فلز روی با درصد خلوص مشخص (معمولاً بین ۹۹.۹ تا ۹۹.۹۹۵ درصد)

تولید شمش روی از اکسید روی با استفاده از کوره ولز

تولید شمش روی در بسیاری از واحدهای فرآوری ایران بر پایه استخراج روی از اکسید روی (معروف به ولز اکساید یا ZnO ) انجام می‌شود. یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای تبدیل خاک روی یا اکسید روی به محصول قابل ‌استحصال، استفاده از کوره ولز (Waelz Kiln) است.

فرآیند ولز به‌ویژه برای خوراک‌های کم‌عیار یا اکسیدی بهترین گزینه اقتصادی محسوب می‌شود.

اکسید روی چیست و چرا وارد فرآیند ولز می‌شود؟

اکسید روی (ZnO) پودری سفید تا خاکستری است که می‌تواند از سه منبع تأمین شود:

• خاک روی اکسیده (۱۵–۳۵ درصد Zn)
• ولز اکساید حاصل از کوره ولز
• بازیافت پسماندهای صنعتی مانند غبار کوره فولاد

برای تولید شمش روی، ابتدا باید روی موجود در ZnO به فلز روی یا محلول قابل استحصال تبدیل شود. اینجا است که نقش کوره ولز پررنگ می‌شود.

نقش کوره ولز در تولید شمش روی از ZnO

کوره ولز یک کوره دوار (Rotary Kiln) است که در دمای ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰°C کار می‌کند.

مهم‌ترین کار کوره ولز در این فرایند:

• احیای اکسید روی → تبدیل به گاز روی → اکسید شدن مجدد و تشکیل ولز اکساید خالص‌تر

اکسید روی پس از عملیات ولز، وارد بخش هیدرومتالورژی و الکترولیز شده و در نهایت تبدیل به شمش روی می‌شود.

مراحل کامل تولید شمش روی از ZnO با استفاده از کوره ولز

۱. آماده‌سازی خوراک ( ZnO + سوخت + احیاکننده)

اکسید روی قبل از ورود به کوره به‌همراه مواد زیر مخلوط می‌شود:

• کک یا زغال: عامل احیا (Reducer)
• آهک یا مواد کمک‌ذوب
• خاکستر یا افزودنی‌های کنترل‌کننده دما

این مخلوط وارد کوره دوار می‌شود.

۲. احیای ZnO داخل کوره ولز

در دمای بالا، احیاکننده باعث تبدیل ZnO به گاز فلز روی می‌شود.

ZnO + C → Zn(g) + CO↑

این مهم‌ترین واکنش در فرآیند ولز است.

۳. اکسید شدن مجدد گاز روی

گاز روی هنگام خروج از کوره با اکسیژن تماس پیدا می‌کند

Zn(g) + O₂ → ZnO (dust)

این پودر سفید با خلوص بالا تحت نام ولز اکساید (Waelz Oxide) جمع‌آوری می‌شود.

ولز اکساید معمولاً دارای ۵۵–۷۰% Zn است و ماده اصلی برای تولید شمش روی در مرحله بعد محسوب می‌شود.

۴. لیچینگ (استخراج روی در اسید)

ولز اکساید در واحد هیدرومتالورژی وارد مخازن اسید شده و به محلول سولفات روی تبدیل می‌شود

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ (aq) + H₂O

ناخالصی‌هایی مثل آهن، سیلیس، کادمیم و سرب در این مرحله جدا می‌شوند.

۵. تصفیه محلول (Purification)

برای ایجاد یک محلول خالص مناسب الکترولیز، ناخالصی‌ها با:

• سیمان‌سازی (Zn powder)
• رسوب‌گیری
• فیلترپرس

حذف می‌شوند.

۶. الکترولیز محلول روی (Electrowinning)

در این مرحله روی در کاتد سلول‌های الکترولیتی رسوب می‌کند

۷. ذوب و قالب‌گیری شمش روی

فلز روی تولیدشده به کوره ذوب انتقال یافته و به‌صورت شمش‌های استاندارد:

• ۲۰ کیلوگرمی
• ۲۵ کیلوگرمی
• ۱ تن (LME Grade – ۹۹.۹۹۵%)

ریخته‌گری می‌شود.

مزایای تولید شمش روی با استفاده از فرآیند ولز

• امکان استفاده از خاک‌های ارزان و کم‌عیار
• تجهیزات ساده و هزینه پایین
• حجم تولید بالا
• بازیافت فلز از پسماندهای صنعتی

محدودیت‌ها

• مصرف انرژی زیاد
• تولید گاز و نیاز به سیستم فیلتراسیون قوی
• راندمان کمتر نسبت به روش‌های مدرن

فرآیند ولز یک روش اقتصادی و متداول برای تبدیل ZnO به شمش روی است.

این فرایند شامل:

1. احیای ZnO در کوره ولز
2. تولید ولز اکساید
3. لیچینگ و تصفیه
4. الکترولیز
5. ذوب و تولید شمش روی

است و برای خوراک‌های کم‌عیار بهترین کارایی را دارد

ویژگی‌های مهم و کاربردی شمش روی

۱.مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی :روی با تشکیل یک لایه نازک از اکسید روی (ZnO) از زنگ‌زدگی فلزات زیرین جلوگیری می‌کند ، به همین دلیل برای گالوانیزه‌کردن فولاد استفاده می‌شود.

۲. رسانای مناسب جریان برق و حرارت : باعث می‌شود در باتری‌ها، الکترودها و تجهیزات الکتریکی کاربرد داشته باشد.

۳. قابلیت بازیافت بالا : شمش روی بدون افت کیفیت قابل ذوب مجدد و بازیافت است.

۴. خاصیت آلیاژسازی قوی : برای تولید آلیاژهایی مانند برنج (مس + روی)، Zamak (روی + آلومینیوم + مس) و سایر ترکیبات صنعتی.

۵. ایمن‌تر از فلزات سنگین دیگر : برخلاف سرب و جیوه ، فلز روی سمیت کمی دارد و حتی در بدن انسان به مقدار کم ضروری است.

از شمش روی در صنایع زیادی استفاده می‌شود، از جمله:

• تولید گالوانیزه (پوشش‌دهی فولاد و آهن برای جلوگیری از زنگ‌زدگی)
• ساخت آلیاژها مثل برنج (مخلوط مس و روی)
• تولید باتری، رنگ، پودر روی، و قطعات خودرو

ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی شمش روی

۱. استحکام و مقاومت : روی یک فلز نسبتاً نرم و کم‌استحکام است. میزان خاصیت ارتجاعی آن کمتر از نصف فولاد کربنی ملایم است، به همین دلیل شمش روی معمولاً در کاربردهای تحمل بار مکانیکی استفاده نمی‌شود. با این حال، به‌دلیل نقطه ذوب پایین و سیالیت بالا در حالت مذاب، می‌توان از آن برای ریخته‌گری قطعات مکانیکی سبک و ارزان استفاده کرد (مثل دستگیره‌ها، بدنه قطعات تزئینی و زاماک‌ها).

۲. سختی : روی خالص دارای سختی کم و در بیشتر شرایط شکننده است. اما هنگامی که با فلزاتی مانند آلومینیوم، مس و منیزیم ترکیب می‌شود، آلیاژهای حاصل مثل (Zamak) سخت‌تر و مقاوم‌تر به ضربه هستند.به همین دلیل آلیاژهای روی در صنعت ریخته‌گری دقیق (Die Casting) بسیار پرکاربردند.

۳. شکل‌پذیری : روی در دمای معمولی شکننده است، اما در دمای بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد (۲۱۲ تا ۳۰۲°F  ) به‌طور قابل توجهی چکش‌خوار و شکل‌پذیر می‌شود.در این محدوده دمایی می‌توان آن را نورد کرد یا به ورق و مفتول تبدیل نمود.در دماهای بالاتر از حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد دوباره شکننده می‌شود.

۴. واکنش‌پذیری و ویژگی‌های شیمیایی : روی دارای واکنش‌پذیری الکتروشیمیایی بالا است.این ویژگی باعث می‌شود:

• در باتری‌های روی–کربن و قلیایی عملکرد خوبی داشته باشد.
• در فرآیند گالوانیزه کردن فولاد نقش آند فداشونده را بازی کند و از زنگ‌زدگی فلز پایه جلوگیری نماید.

همچنین روی با تشکیل یک لایه اکسید روی (ZnO) روی سطح خود، در برابر خوردگی مقاومت زیادی پیدا می‌کند.به همین دلیل، شمش‌های روی و آلیاژهای آن خاصیت ضد خوردگی بسیار قوی دارند و به‌خوبی با فلزات دیگر ترکیب می‌شوند          

انواع خلوص شمش روی

شمش‌های روی معمولاً براساس درصد خلوص فلز Zn و مقدار ناخالصی‌ها مثل  (Pb, Cd, Fe, Cu) طبقه‌بندی می‌شوند.

در بازار جهانی و ایران چند رده‌ی اصلی وجود دارد:

یک نوع شمش روی بسیار خالص است که به طور گسترده در صنایع مختلفی از جمله گالوانیزاسیون، تولید آلیاژهایی مانند زاماک، رنگ‌سازی، الکترونیک و داروسازی کاربرد دارد. این شمش به دلیل کیفیت بالا، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت شکل‌پذیری مطلوب، گزینه مناسبی برای کاربردهای صنعتی حساس است. همچنین، شمش روی با خلوص بالا مبنای محاسبات بورس لندن نیز محسوب می‌شود.

 روی خالص ۹۹.۹۹۵% (SHG – Special High Grade) : یک نوع شمش روی بسیار خالص است که به طور گسترده در صنایع مختلفی از جمله گالوانیزاسیون، تولید آلیاژهایی مانند زاماک، رنگ‌سازی، الکترونیک و داروسازی کاربرد دارد. این شمش به دلیل کیفیت بالا، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت شکل‌پذیری مطلوب، گزینه مناسبی برای کاربردهای صنعتی حساس است. همچنین، شمش روی با خلوص بالا مبنای محاسبات بورس لندن نیز محسوب می‌شود.که درصد خلوص روی آن ۹۹.۹۹۵% می باشد.

روی خالص ۹۹.۹۹% (HG – High Grade) : شمش روی با خلوص ۹۹.۹۹% یک نوع شمش با کیفیت بالا است که به دلیل خلوص بسیار زیاد، در کاربردهای صنعتی مختلفی مانند تولید آلیاژهایی مانند زاماک، گالوانیزه کردن (پوشش‌دهی سرد) و صنایع دارویی و رنگ‌سازی استفاده می‌شود. مجموع ناخالصی‌های موجود در این شمش (شامل سرب، آهن، کادمیم و مس) طبق استاندارد کمتر از ppm  100 است و به دلیل روش‌های تولید پیچیده‌تر، قیمت بالاتری نسبت به انواع با خلوص پایین‌تر دارد.

روی خالص ۹۹.۹۸% : کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله تولید آلیاژهایی مانند زاماک و فرآیندهای پوشش‌دهی (مانند گالوانیزه) دارد. ناخالصی‌های مجاز در این گرید شامل سرب (حداکثر ۰.۰۱۵۰٪)، کادمیوم (حداکثر ۰.۰۰۹٪)، آهن (حداکثر ۰.۰۰۹٪) و مس (حداکثر ۰.۰۰۲٪) هستند. 

شمش روی با خلوص ۹۹.۹۷% : در صنایع مختلفی از جمله پوشش‌دهی، تولید باتری و آلیاژسازی کاربرد دارد)  که به آن «گرید ۹۷» نیز گفته می‌شود). این شمش حاوی ناخالصی‌های کل کمتر از ۳۰۰ ppm (سه دهم درصد) است و مشخصات شیمیایی آن شامل حداکثر مقادیر آهن ( ۰.۰۱۲%) ، مس ( ۰.۰۰۲%)  ، آلومینیوم (۰.۰۰۲%) و قلع (۰.۰۰۳%)  می‌شود.

شمش روی با خلوص ۹۹.۹۶% : از این شمش در صنایعی مانند گالوانیزه کردن، تولید آلیاژهایی مانند زاماک، رنگ‌سازی، الکترونیک و صنعت داروسازی استفاده می‌شود. این شمش حاوی ناخالصی‌های مشخصی است، از جمله سرب با حداکثر( ۰.۰۱۲۰% ) ، آهن با حداکثر (%۰.۰۰۰۵) ، کادمیم با حداکثر( %۰.۰۰۱۰ ) ، مس با حداکثر( %۰.۰۰۱۵) و آلومینیوم با حداکثر (%۰.۰۰۰۵).

شمش روی با خلوص ۹۹.۵۰% : محصولی با کیفیت قابل قبول برای بسیاری از کاربردهای صنعتی است که شامل impurities مانند سرب، کادمیوم و آهن است. این نوع شمش به طور گسترده در صنایعی مانند گالوانیزه کردن، تولید آلیاژهای پایه روی (مانند زاماک) و در برخی کاربردهای رنگ‌سازی و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. خلوص آن برای برخی از کاربردهای خاص که به مواد با خلوص بسیار بالا مانند استاندارد بورس لندن نیاز دارند، کافی نیست.

شمش روی با خلوص ۹۸.۵۰% : این نوع شمش به دلیل خلوص پایین‌تر نسبت به انواع با خلوص بالا، کاربردهای صنعتی متفاوتی دارد و معمولاً در مصارفی که نیاز به خلوص بسیار بالا نیست، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترکیبات معمول در شمش روی

ترکیبات معمول در شمش روی،بسته به درجه خلوص،شامل روی به عنوان ماده اصلی و ناخالصی‌هایی مانند سرب(Pb)، کادمیوم (Cd)، آهن(Fe)، مس(Cu)، و قلع(Sn)، است. در شمش‌های با خلوص بالا (۹۹.۹%<)، میزان این ناخالصی‌ها بسیار کم است و با افزایش خلوص، مقدار آن‌ها کاهش می‌یابد.

روی (Zn) : عنصر اصلی و تشکیل دهنده شمش روی است.

سرب (Pb) : یکی از ناخالصی‌های رایج است که درصد آن در شمش‌های با خلوص بالا بسیار کم است.

کادمیوم (Cd) : یکی دیگر از ناخالصی‌های رایج که میزان آن بسته به درجه خلوص شمش متغیر است.

آهن(Fe) : در مقادیر کم به عنوان ناخالصی وجود دارد.

مس(Cu) : در شمش‌های روی با خلوص بالا نیز به مقدار کمی یافت می‌شود.

قلع(Sn) : میزان قلع نیز در شمش‌های با خلوص متفاوت است.

تفاوت ترکیبات بر اساس درجه خلوص 

شمش با خلوص بالا (۹۹.۹۹%): حاوی حداقل (۹۹.۹۹%) روی است و ناخالصی‌ها مانند سرب، کادمیوم و آهن هر کدام در حدود (۰.۰۰۳%) یا کمتر هستند.

شمش با خلوص پایین‌تر (۹۸.۵%): مقدار روی به (۹۸.۵%) کاهش یافته و درصد ناخالصی‌هایی مانند سرب می‌تواند به (۱.۴%) برسد.

شمش با خلوص متوسط (۹۹.۹۵%): حاوی حداقل (۹۹.۹۵%) روی و حداکثر (۰.۰۳%) سرب و (۰.۰۲%) کادمیوم است. 

شمش روی طبق استانداردهای بین‌المللی زیر تولید و عرضه می‌شود:

• ASTM B6 (استاندارد آمریکا)
• LME Grade A Zinc (بورس فلزات لندن– LME)
• ISIRI 12843 (استاندارد ملی ایران)   

اگر به دنبال خرید شمش روی هستید، تادا مارکت یکی از منابع معتبر برای تهیه شمش روی با کیفیت مناسب تولید صنعتی و آزمایشگاهی است. این مرکز انواع شمش‌های روی با استانداردهای مختلف را عرضه می‌کند و می‌تواند تأمین‌کننده مطمئنی برای نیازهای شما باشد.