Çinko Üretimi

Son birkaç aydır düzenli olarak devam ettiğim yazılarıma vize dönemimden dolayı ve danışmanlık işimden dolayı ara vermem gerekti. Özellikle Bakır Üretimi konulu yazıma olan ilginizden dolayı siz okurlarıma çok teşekkür ediyorum. Bu kadar ayrılığa alışkın olmadığımdan dönüşümün daha etkili olması gerektiğini düşündüm.

Gerek yaptığım literatür taramasında gözüme çarpan kısıtlı Türkçe kaynaklar gerekse de sizlerden gelen geri dönüşlerden yeni yazımı Çinko Üretimi üzerine yazmayı kararlaştırdım.

Belki de insanoğlunun kullanmaya başladığı ilk metallerden biridir çinko. Üretimini hatta alaşımlarının ısıtıldığında yok olmasını anlayamasa bile kullanmıştır antik zamanlarda insanlar. İzabesinin yeni yeni anlaşıldığı ve kullanım alanının günümüz tekniğinde hiç de azımsanmayacak yer tutmasını göz önünde bulundurursak, çinko vazgeçilmez bir demir dışı metal malzemedir.

Saçlarımızın, tırnaklarımızın sağlıklı olması, DNA sentezi, hormonların depolanması ve salınması, nörotransmitter, hafıza ve görme, büyüme ve gelişme, enzimatik kataliz gibi daha birçok metabolik olay (300 civarı) çinko sayesinde olmaktadır. Vücudumuzda ikinci olarak en çok bulunan bu eser elementin eksikliğinin nasıl bir yıkım olacağını kestirebilirsiniz.

Bakır işlemeciliğinin çok eski medeniyetlerden başladığı bilinmektedir. Bakır yumuşaklığı ve oksitlenebilirliğinden dolayı günlük hayatımızda kullanıma uygun değildir. Belirli miktarlarda çinko veya kalay ile karıştırılan bakırdan ya pirinç ya da tunç elde edilirdi. Bakırın içerisinde kütlece %30’ a kadar çözünürlük sınırı olan çinko, fazla ilavesi durumunda intermetalik bileşikler oluşturarak bakıra ikinci faz mukavemetlenmesi sağlamaktadır.

Atmosfer koşullarından korunması gereken metal parçaların galvanize korunmasını pek çok kez duymuşsunuzdur. Dünyadaki çinko üretiminin %20 si kadarı sadece galvanize kaplamada kullanmak amacıyla kullanılmaktadır. Daha şimdiden hem ilk medeniyetler hem de modern çağda yaşayan bizler için çinkonun ne kadar önemli olduğunu anlamış olduk.

Pompei harabelerinde çinko kaplı bir musluğa rastlanması eski insanların da bu metalden haberdar olduğunu bize gösteriyor. Antik çağlarda Strabos’un sahte gümüş olarak adlandırdığı bu metal doğada maalesef diğer metaller gibi saf halde bulunmaz. Birçok metal ve ametal ile farklı bileşikler halinde bulunan çinkonun üretimi hayli meşakkatli bir süreçtir.

Doğada bulunma fazlarına gelecek olursak en çok rastlanan çinko bileşikleri, smitsonit (ZnCO3) ve ZnS kompleksleridir. Zengin cıva yataklarında cıva ile sert bir amalgam oluşturabilen çinkoya bu şekilde de rastlamak pek mümkündür. Çinkonun izabesinin temelinde düşük kaynama sıcaklığı önemli rol oynamaktadır.

Çinkonun izabe tekniği 1700’lü yıllarda Çin’den İngiltere’ye geldi. 3-4 yıl kadar İngiltere’nin Bristol kentinde distilasyon yöntemi ile üretilmiştir. Sızdırmaz bir kil potada odun kömürü ile ergitilen çinko minerali, yapısındaki karbonatı ve diğer kompleks bileşiklerini erkenden bozar. 910 derece civarında kaynamaya başlayan çinko artık tamamen saftır. Fakat buradaki sorun, gaz fazına geçmiş bu saf metali tekrar safsızlık kazanmadan izole edebilmektir.

Sızdırmaz kil pota kullanımının amacı, çinko buharının kaçmaması içindir. Bu kil potaya altından bir boru monte edilmiştir ve çinko buharının kondanse olabilmesi için pik plakalara gönderilmesi söz konusudur. Borunun ucu aşağıda başka bir toplama kabına açılmaktadır. Sizlerin de kestirebileceğiniz gibi yoğuşan çinko oldukça aktiftir ve bu yüzden atmosfer ile mümkün olduğunca az temas etmelidir.

18.yy.ın sonlarına gelindiğinde çinkonun dikey retortlarda üretilmesine başlanmıştır. Çok geçmeden gelişen teknoloji ve izabe yöntemleriyle “Belçika Prosesi” ortaya çıkmıştır. Bu yöntemde reverber fırında izabe ve potada yoğuşma gerçekleşmektedir.

1800’lü yılların başlarına gelindiğinde 100–150 derece sıcaklıkta tavlanan çinkonun sac levha haline getirebildiği görülmüştür. Bu da çinkoya çok daha geniş bir kullanım alanı getirmiştir.

Amerika’ya taşınan Belçika prosesi ile üretilen çinko buharı, soğutma ve kondense olabilmesi için hala pik plakalar üzerine gönderiliyordu. 1800’lü yılların sonuna doğru Avrupa’da yapılan sekonder hava ısıtmalı ve yakmalı ocaklarla çinko buharının kondanse (yoğun) olabilmesi için ilk defa ısı değiştiriciler kullanıldı.

Tüm bu eski teknoloji üretim metotları günümüzdekilerin atası niteliğindedir ve bizlere yeni nesil üretim metotlarını keşfetmemizde birçok fikir vermiştir. Günümüzdeki üretimine gelecek olursak, çinko üretiminin iki mevcut yolu vardır. Bunlardan ilki pirometalürjik olarak çinkoyu flaş fırında uçurup, tekrar kondanse etmektir. Fakat saflığının ikinci yönteme göre düşük olmasından ve yüksek ısı gereksiniminden dolayı pek tercih edilmemektedir.

İkinci üretim prosesi ise, çinko sülfür minerallerinin flotasyon ile zenginleştirilmesinin ardından, kavrulmasıyla başlar. ZnS’in ZnO’ya dönüştürülmesi ile üretime daha açık bir hale gelen çinko, sülfürik asit ile liç edilir. Bu çözelti çinko tozu ile arındırılır ve artık elektrolize hazırdır. Elektroliz edilen çinko, %99,999 saflıkta katot levhalar halinde edilir. Ya alüminyum, bakır gibi metallerle alaşımlandırılarak sac levha olarak üretilir ya da saf ingotlar halinde dökülür.

Çinkonun üretimini ve kullanıldığı alanları kabaca vermiş oldum. Bir sonraki yazımda bir firmada danışmanlığını yaptığım kurşun üretimini kaleme alacağım. Takipte kalınız…

Okan Gençoğlu
Ondokuz Mayıs Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Kaynaklar:

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Zinc
2. Çinko, Addemir O., Açma E., Arslan C., Sistem Yayıncılık, İstanbul, 1994. ISBN:975-7397-41-5
3. Handbook of Extractive Metallurgy, Volume 2 by Fathi Habashi