История производства и промышленного применения оксида цинка

Представьте себе вещество, которое может защитить нежную кожу младенцев, повысить устойчивость краски к атмосферным воздействиям и играть решающую роль в электронной промышленности. Этим замечательным материалом является оксид цинка (ZnO). Эта статья предлагает тщательное изучение свойств оксида цинка, его исторического фона, методов производства, применений и будущих тенденций, предлагая читателям четкое и всестороннее представление.

Оксид цинка - это неорганическое соединение с химической формулой ZnO. При комнатной температуре он выглядит как белый порошок, нерастворимый в воде. Хотя в природе встречается в виде минерала цинкита, промышленный оксид цинка в основном производится синтетическими методами.

Использование оксида цинка насчитывает тысячи лет. Древние цивилизации, вероятно, использовали соединения цинка в пигментах и лечебных мазях, хотя их точный состав остается неопределенным. Древнеиндийские медицинские тексты, датируемые 500 г. до н.э. или ранее, упоминают «пушпанджан», который, как полагают, является оксидом цинка, используемым для лечения заболеваний глаз и открытых ран. Греческий врач Диоскорид задокументировал мази с оксидом цинка в 1 веке н.э., а Авиценна рекомендовал его использование при язвенных раковых заболеваниях в своей медицинской энциклопедии.

Производство оксида цинка значительно развивалось на протяжении веков. Ранние методы были относительно простыми - римляне около 200 г. до н.э. производили латунь посредством процесса цементации, при котором медь реагировала с оксидом цинка. Этот оксид, вероятно, образовывался путем нагревания цинковой руды в вертикальных печах, выделяя пары цинка, которые окислялись в дымоходе.

Цинковые рудники Завар в Индии содержат месторождения оксида цинка, датируемые второй половиной первого тысячелетия до нашей эры. В период с XII по XVI века индийские металлурги разработали примитивные методы прямого синтеза цинка и оксида цинка. Эти знания распространились в Китае в XVII веке, а в Бристоле (1743 г.) открылся первый в Европе цинковый плавильный завод. К 1782 году оксид цинка был предложен в качестве более безопасной альтернативы белому свинцовому пигменту.

Оксид цинка используется в различных отраслях промышленности, включая косметику, продукты питания, резину, пластмассы, керамику, стекло, цемент, смазочные материалы, краски, фармацевтику, клеи и электронику.

Резиновая промышленность потребляет более 50% мирового производства оксида цинка. Он действует как активатор вулканизации, повышая прочность, эластичность и устойчивость резины к атмосферным воздействиям, а также продлевая срок службы изделия.

В качестве белого пигмента оксид цинка обеспечивает превосходную устойчивость к ультрафиолетовому излучению, подавление плесени и нетоксичность по сравнению с традиционными альтернативами на основе свинца. Его применение в масляных красках началось в 1834 году, а промышленное производство началось в Париже (1845 год). К 1850 году производство красок на основе оксида цинка в Европе было широко распространено.

Оксид цинка является ключевым ингредиентом солнцезащитных кремов благодаря своим свойствам блокировать ультрафиолетовое излучение. Его антимикробные и противовоспалительные свойства делают его ценным в средствах для лечения акне, кремах от опрелостей и других дерматологических препаратах.

Как широкозонный полупроводник, оксид цинка используется в прозрачных проводящих пленках, солнечных элементах, светодиодах и датчиках. В 1970-х годах оксид цинка высокой чистоты нашел применение в фотокопировальных бумагах, прежде чем его заменили соединения титана.

Дополнительные области применения включают пищевые добавки в кормах для животных, перевязочные материалы для ран, керамические флюсы, добавки в цемент и антимикробные материалы.

Мировой рынок оксида цинка оценивался примерно в 3,5 миллиарда долларов США в 2023 году, а к 2028 году прогнозируется достижение 4,5 миллиарда долларов США (CAGR 5%). Азиатско-Тихоокеанский регион доминирует в потреблении, при этом Китай производит более половины мировых поставок. Факторы роста рынка включают расширение резиновой промышленности, спрос на экологически чистые пигменты, распространение средств личной гигиены и потребности в передовых полупроводниках.

Хотя оксид цинка в целом безопасен, длительное воздействие пыли оксида цинка может вызвать раздражение дыхательных путей. Экологические проблемы связаны с отходами производства, что требует более чистых производственных процессов. Новые исследования указывают на потенциальную токсичность для водных организмов наночастиц оксида цинка, что требует дальнейшей оценки экологических рисков.

Наноразмерный оксид цинка обеспечивает увеличенную площадь поверхности и реакционную способность для передовых применений в солнцезащитных кремах, покрытиях и электронике.

Модифицированный поверхностью оксид цинка обеспечивает специализированные применения, включая фотокаталитическую очистку воды, антимикробные материалы и проводящие покрытия.

Биосовместимость оксида цинка поддерживает системы доставки лекарств, каркасы для тканевой инженерии и разработку биосенсоров.

Многогранное применение оксида цинка в различных отраслях промышленности демонстрирует его непреходящее технологическое значение. По мере развития методов производства и появления новых применений это универсальное соединение будет продолжать играть жизненно важную роль в материаловедении и промышленном развитии.