روی: خواص، کاربردها و هر آنچه باید درباره این فلز حیاتی بدانید

روی (Zn)، یک فلز فراوان در پوسته زمین است که نقش‌های حیاتی در صنایع مختلف و سیستم‌های بیولوژیکی ایفا می‌کند. این فلز در دمای اتاق، ترد و به رنگ آبی-سفید است، اما می‌توان آن را صیقل داد تا سطحی براق و درخشان داشته باشد.

روی به عنوان یک فلز پایه، عمدتاً برای گالوانیزه کردن فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. گالوانیزاسیون، فرآیندی است که از فولاد در برابر خوردگی محافظت می‌کند و طول عمر آن را افزایش می‌دهد. آلیاژهای روی، از جمله برنج، نیز در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از قطعات مقاوم در برابر خوردگی در صنایع دریایی گرفته تا سازهای موسیقی، نقش مهمی ایفا می‌کنند. به طور کلی، روی و آلیاژهای آن به دلیل خواص منحصر به فردشان، از جمله مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت شکل‌پذیری، در صنایع مختلف بسیار ارزشمند هستند.

خواص فیزیکی روی: استحکام، چقرمگی، و شکل‌پذیری

روی به عنوان یک فلز، دارای خواص فیزیکی منحصر به فردی است که کاربردهای آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در اینجا به بررسی دقیق‌تر این خواص می‌پردازیم:

• استحکام: روی در مقایسه با فولاد کربنی ملایم، استحکام کششی کمتری دارد. به همین دلیل، معمولاً در کاربردهایی که نیاز به تحمل بار زیاد است، استفاده نمی‌شود. با این حال، قطعات مکانیکی ارزان‌قیمت را می‌توان با استفاده از روش دایکاست از روی تولید کرد.
• چقرمگی: روی خالص چقرمگی پایینی دارد و نسبتاً شکننده است. اما آلیاژهای روی، به ویژه آلیاژهای دایکاست، معمولاً دارای مقاومت ضربه‌ای بالایی هستند. این ویژگی، آلیاژهای روی را برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه و شکستگی دارند، مناسب می‌سازد.
• شکل‌پذیری: روی در بازه دمایی 100 تا 150 درجه سانتیگراد (212 تا 302 درجه فارنهایت)، خاصیت شکل‌پذیری پیدا می‌کند و می‌توان آن را به راحتی تغییر شکل داد. اما در دماهای بالاتر، دوباره شکننده می‌شود. آلیاژهای روی این محدودیت را تا حد زیادی برطرف می‌کنند و امکان استفاده از روش‌های ساخت پیچیده‌تر را فراهم می‌کنند.
• رسانایی: رسانایی الکتریکی روی در حد متوسط است. با این حال، خواص الکتروشیمیایی قوی آن، کاربرد آن را در باتری‌های قلیایی و فرآیند گالوانیزه کردن بسیار موثر می‌سازد. در واقع، خاصیت الکتروشیمیایی روی، نقش کلیدی در حفاظت از فلزات دیگر در برابر خوردگی ایفا می‌کند.

به طور خلاصه، روی با وجود استحکام نسبتاً پایین، به دلیل شکل‌پذیری مناسب در دماهای خاص و خواص الکتروشیمیایی قوی، در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارد. آلیاژهای روی نیز با بهبود خواص مکانیکی، دامنه کاربرد این فلز را گسترش داده‌اند.

تاریخچه روی: از آلیاژهای باستانی تا گالوانیزاسیون مدرن

تاریخ استفاده از روی به هزاران سال قبل باز می‌گردد. شواهد معتبری نشان می‌دهد که آلیاژهای روی دست‌ساز بشر، حداقل از 500 سال قبل از میلاد مسیح وجود داشته‌اند. حدود 200 تا 300 سال قبل از میلاد، روی برای اولین بار به طور عمدی به مس اضافه شد تا آلیاژ برنج تولید شود.

در دوران امپراتوری روم، برنج جایگزین برنز در ساخت سکه، سلاح و آثار هنری شد. استفاده اصلی از روی تا سال 1746 میلادی، تولید برنج بود. در این سال، آندرئاس زیگیسموند مارگراف (Andreas Sigismund Marggraf) فرآیند جداسازی عنصر خالص روی را به دقت مستند کرد. اگرچه روی قبلاً در نقاط دیگر جهان جدا شده بود، اما توضیحات دقیق او به تجاری‌سازی و در دسترس قرار گرفتن روی در سراسر اروپا کمک کرد.

در سال 1800، الساندرو ولتا (Alessandro Volta) اولین باتری را با استفاده از صفحات مس و روی ساخت و دوران جدیدی از دانش الکتریکی را آغاز کرد. در سال 1837، استانیسلاس سورل (Stanislas Sorel) فرآیند جدید آبکاری روی خود را "گالوانیزاسیون" نامید. این نام‌گذاری به افتخار لوئیجی گالوانی (Luigi Galvani) بود که اثر تحریک‌کننده الکتریسیته را در حین تشریح قورباغه‌ها کشف کرده بود. گالوانیزاسیون، نوعی حفاظت کاتدی است که می‌تواند از طیف گسترده‌ای از فلزات محافظت کند. امروزه، گالوانیزاسیون مهم‌ترین کاربرد صنعتی روی خالص است.

روی در بازار جهانی: معادن، تولیدکنندگان و معاملات

روی عمدتاً از سنگ معدن‌هایی استخراج می‌شود که حاوی سولفید روی، اسفالریت یا بلند روی هستند. این سنگ‌ها پس از استخراج، فرآوری شده و روی خالص از آن‌ها به دست می‌آید.

کشورهایی که بیشترین میزان استخراج و تولید روی تصفیه شده را دارند، به ترتیب عبارتند از: چین، پرو، استرالیا، ایالات متحده و کانادا. بر اساس گزارش سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده، در سال 2014 حدود 13.4 میلیون تن متریک روی در کنسانتره استخراج شد که حدود 36 درصد از کل استخراج توسط چین انجام شده است.

بر اساس گزارش گروه بین‌المللی مطالعات سرب و روی، در سال 2013 حدود 13 میلیون تن متریک روی در صنایع مختلف مصرف شد. این میزان مصرف شامل کاربردهایی مانند گالوانیزه کردن، تولید آلیاژهای برنج و برنز، تولید آلیاژهای روی، تولید مواد شیمیایی و دایکاستینگ می‌شود. به عبارت دیگر، روی در طیف گسترده‌ای از صنایع نقش اساسی ایفا می‌کند.

روی در بورس فلزات لندن (LME) با عنوان قراردادهای "Special High Grade" معامله می‌شود. این قراردادها مربوط به شمش‌های 25 تنی با حداقل خلوص 99.995 درصد است. این استاندارد بالا، کیفیت روی مورد معامله در این بورس را تضمین می‌کند.

آلیاژهای رایج روی: از برنج تا آلیاژهای دایکاست

روی، به عنوان یک عنصر آلیاژی، در تولید انواع مختلفی از آلیاژها نقش دارد. این آلیاژها به دلیل خواص منحصر به فردشان، در صنایع گوناگون کاربرد دارند. در اینجا به بررسی برخی از آلیاژهای رایج روی می‌پردازیم:

• برنج: این آلیاژ حاوی 3 تا 45 درصد روی (بر اساس وزن) است و در ساخت سازهای موسیقی، شیرآلات و سخت‌افزارها استفاده می‌شود. برنج به دلیل رنگ طلایی و مقاومت در برابر خوردگی، در بسیاری از کاربردها مورد توجه قرار می‌گیرد.
• نقره نیکلی (Nickel Silver): این آلیاژ حاوی حدود 20 درصد روی (بر اساس وزن) است و به دلیل ظاهر نقره‌ای درخشان خود، در ساخت جواهرات، ظروف نقره‌ای، ریل‌های قطار مدل و سازهای موسیقی استفاده می‌شود. نقره نیکلی مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و به همین دلیل، برای استفاده در شرایط مختلف مناسب است.
• آلیاژهای دایکاست روی: این آلیاژها حاوی بیش از 78 درصد روی (بر اساس وزن) هستند و معمولاً مقادیر کمی از سرب (Pb)، قلع (Sn)، مس (Cu)، آلومینیوم (Al) و منیزیم (Mg) برای بهبود ویژگی‌های دایکاست و خواص مکانیکی به آن‌ها اضافه می‌شود. این آلیاژها برای تولید قطعات کوچک و پیچیده و قطعات متحرک در ماشین‌آلات استفاده می‌شوند. ارزان‌ترین این آلیاژها با عنوان "pot metal" شناخته می‌شوند و به عنوان جایگزین‌های ارزان قیمت برای فولاد به کار می‌روند.

حقایق جالب درباره روی: از اهمیت برای سلامتی تا کاربرد در سکه‌ها

روی یک عنصر حیاتی برای تمام اشکال حیات روی زمین است و در بیش از 300 آنزیم مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. کمبود روی در سال 1961 به عنوان یک مشکل بالینی در سلامت انسان شناخته شد. انجمن بین‌المللی روی توضیح می‌دهد که روی برای رشد و تقسیم سلولی مناسب، باروری، عملکرد سیستم ایمنی، حس چشایی و بویایی، سلامت پوست و بینایی ضروری است.

جالب است بدانید که سکه‌های یک سنتی (penny) ایالات متحده دارای هسته روی هستند که 98 درصد از وزن کل آن‌ها را تشکیل می‌دهد. 2 درصد باقی‌مانده، پوشش مسی است که به صورت الکترولیتی آبکاری شده است. میزان مس استفاده شده در این سکه‌ها ممکن است در صورت تشخیص وزارت خزانه‌داری ایالات متحده مبنی بر گران بودن تولید آن‌ها، تغییر کند. تخمین زده می‌شود که حدود 2 میلیارد سکه یک سنتی با هسته روی در اقتصاد ایالات متحده در گردش باشند.