كيفية تصنيع القصدير

القصدير:

هو أحد العناصر الكيميائية الأساسية، عند تكريره فهو معدن أبيض فضي معروف بمقاومته للتآكل وقدرته على طلاء المعادن الأخرى، يستخدم بشكل شائع كطلاء على الصفائح الفولاذية المستخدمة في تشكيل العلب لحاويات الطعام، يتم كذلك دمج القصدير مع النحاس لتشكيل البرونز والرصاص لتشكيل اللحام، غالباً يضاف القصدير لفلوريد الستانوس إلى معجون الأسنان كمصدر للفلورايد لمنع تسوس الأسنان.

تاريخ صناعة القصدير:

يعود أقدم استخدام للقصدير إلى حوالي 3500 قبل الميلاد في ما يعرف الآن بتركيا، حيث تم تعدينها ومعالجتها لأول مرة، تعلم عمال المعادن القدامى الجمع بين النحاس الناعم نسبياً والقصدير لتشكيل برونز أكثر صلابة والذي يمكن تحويله إلى أدوات وأسلحة أكثر متانة وبقيت حادة لفترة أطول.

بدأ هذا الاكتشاف ما يُعرف بالعصر البرونزي والذي استمر حوالي 2000 عام، دفع تفوق الأدوات البرونزية إلى البحث عن مصادر أخرى للقصدير، عندما تم العثور على رواسب كبيرة من القصدير في إنجلترا جلب التجار المعدن الثمين إلى بلدان في منطقة البحر الأبيض المتوسط، لكنهم أبقوا المصدر سراً، لم يكن حتى 310 قبل الميلاد أن المستكشف اليوناني (Pytheas) اكتشف موقع المناجم بالقرب من كورنوال في إنجلترا.

كان الدافع الأكبر للغزو الروماني لبريطانيا عام 43 بعد الميلاد هو السيطرة على تجارة القصدير، الرمز الكيميائي للقصدير هو (Sn) ومشتق من الاسم اللاتيني للمادة ستانوم، في أماكن أخرى من العالم تم استخدام القصدير في الصين القديمة وبين قبيلة غير معروفة فيما يعرف الآن بجنوب إفريقيا.

كيفية تصنيع القصدير:

تختلف عملية استخلاص القصدير من خام القصدير حسب مصدر الرواسب الخام وكمية الشوائب الموجودة في الخام، تقع رواسب القصدير في بوليفيا وإنجلترا في أعماق الأرض وتتطلب استخدام الأنفاق للوصول إلى المعدن الخام، قد يحتوي الخام الموجود في هذه الرواسب على حوالي 0.8-1.0٪ قصدير بالوزن، توجد رواسب القصدير في ماليزيا وتايلاند في الحصى على طول مجاري الأنهار.

تتطلب استخدام جرافات أو مضخات للوصول إلى الخام، قد يحتوي الخام الموجود في هذه الرواسب على أقل من 0.015٪ من القصدير بالوزن، تم العثور على أكثر من 80 ٪ من القصدير في العالم في رواسب الحصى منخفضة الجودة، تتكون كل عملية من عدة خطوات يتم فيها إزالة المواد غير المرغوب فيها مادياً أو كيميائياً، كما يزداد تركيز القصدير تدريجياً.

تعدين القصدير:

عندما توجد رواسب الحصى عند مستوى الماء في التيار أو تحته، يتم رفعها بواسطة جرافة عائمة تعمل في بركة اصطناعية تم إنشاؤها على طول مجرى النهر، تقوم الحفارة بحفر الحصى باستخدام ذراع طويل مزود إما بجرافات مدفوعة بسلسلة أو برأس قاطع دوار مغمور وأنبوب شفط.

يمر الحصى عبر سلسلة من الشاشات الدوارة وطاولات شاكر على متن الحفارة لفصل التربة والرمل والحجارة عن خام القصدير، ثم يتم جمع الخام المتبقي ونقله إلى الشاطئ لمزيد من المعالجة، تم تقديم غطاء من الصفيح كهدية للذكرى العاشرة خلال القرن التاسع عشر.

في القرن التاسع عشر كان القصدير مادة منزلية عادية يحظى بشعبية خاصة لدى الطبقة العاملة بسبب تكلفته المنخفضة وبريقه اللامع، مصنوع من الحديد أو الفولاذ المدلفن بشكل رفيع ومغمس في القصدير المصهور، كان من السهل التلاعب به والقطع واللحام.

تم استخدام القصدير في كل شيء تقريباً، يمكن استخدام النحاس أو القصدير أو النحاس الأصفر أو الفضة فيه، لكن بشكل عام لم يدم طويلاً، تكشف مراجعة كتالوجات القصدير من حوالي عام 1870 أن القصدير كان يستخدم في أكثر بكثير من قواطع ملفات تعريف الارتباط، فقد تم استخدامه في صناعة ألعاب الأطفال وأواني القهوة وصناديق الغداء وحتى سبيتونسل السادة.

عندما توجد رواسب الحصى عند مستوى الماء أو تحته، يتم رفعها بواسطة جرافة عائمة تعمل في بركة اصطناعية تم إنشاؤها على طول مجرى النهر، عندما توجد رواسب الحصى في مناطق جافة عند مستوى الماء أو فوقه، يتم تفكيكها أولاً بواسطة نفاثات المياه، بعد ذلك يدخل الخام إلى سقيفة التنظيف أو التضميد المجاورة لعملية التعدين.

تركيز القصدير:

يدخل الخام في سقيفة التنظيف أو التضميد المجاورة لعملية التعدين؛ أولاً يمر عبر العديد من المناخل الاهتزازية لفصل المواد الغريبة الخشنة، قد يمر بعد ذلك من خلال خزان تصنيف مملوء بالماء، حيث يغوص الخام إلى القاع، بينما يتم نقل جزيئات الطمي الصغيرة جداً، قد يمر كذلك من خلال خزان الطفو؛ حيث تتم إضافة مواد كيميائية معينة لجعل جزيئات القصدير ترتفع إلى السطح.

بعد ذلك يتم تجفيف الخام وغربله مرة أخرى وتمريره عبر فاصل مغناطيسي لإزالة أي جزيئات حديدية، يكون تركيز القصدير الناتج الآن حوالي 70-77٪ قصدير بالوزن، والذي يتكون من حجر القصدير النقي تقريباً.

صهر القصدير:

يتم وضع تركيز القصدير في فرن مع الكربون على شكل فحم أو زيت وقود، إذا تم استخدام تركيز القصدير مع الشوائب الزائدة، فيمكن كذلك إضافة الحجر الجيري والرمل للتفاعل مع الشوائب، عندما يتم تسخين المواد إلى حوالي 2550 درجة فهرنهايت، يتفاعل الكربون مع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للفرن لتكوين أول أكسيد الكربون.

هذا بدوره يتفاعل مع حجر القصدير في تركيز القصدير لتكوين القصدير الخام وثاني أكسيد الكربون، فإذا تم استخدام الحجر الجيري والرمل، فإنها تتفاعل مع أي سيليكا موجود في المركز لتشكيل خبث، ونظراً لأن القصدير يشكل مركبات بسهولة مع العديد من المواد، فإنه يتفاعل مع الخبث.

نتيجة لذلك يحتوي الخبث من الفرن الأول على كمية ملحوظة من القصدير ويجب معالجته مرة أخرى، يتم تسخين الخبث المتبقي من الفرن الثاني مرة أخرى لاستعادة أي قصدير مكون مركبات بالحديد، تُعرف هذه المادة بالرأس الصل، حيث يتم التخلص من الخبث المتبقي.

تكرير القصدير:

يتم وضع القصدير الخام من الفرن الأول في فرن منخفض الحرارة مع القصدير الخام المستعاد من الخبث، بالإضافة إلى الرأس الصلب، نظراً لأن درجة حرارة انصهار القصدير أقل بكثير من معظم المعادن، فمن الممكن رفع درجة حرارة الفرن بعناية بحيث يذوب القصدير فقط تاركاً أي معادن أخرى صلبة، حيث ينساب القصدير المذاب على سطح مائل ويتم تجميعه في غلاية بولينج، بينما تبقى المواد الأخرى في الخلف.

يتم تحريك القصدير المنصهر في غلاية البولينج بالبخار أو الهواء المضغوط أو أعمدة من الخشب الأخضر، هذه العملية تسمى الغليان، ينتج الخشب الأخضر لكونه رطب بخار جنباً إلى جنب مع التحريك الميكانيكي للأعمدة، ترتفع معظم الشوائب المتبقية إلى السطح لتشكل حثالة يتم إزالتها، القصدير المكرر الآن نقي بنسبة 99.8٪.

شاهد أيضاً

كيفية تصنيع خلاط الماء

يعتبر الخلاط جهاز كهرباي موصل للمياه، فهو يتكون من العديد من المواد مثل مقبض وقضيب …