در دنیای فلزات، قلع با ظاهری نقره‌ای، نرم و انعطاف‌پذیر، خودنمایی کرده و با کاربردهای فراوان، در صنایع مختلف از ساخت ظروف زیبا تا لحیم‌کاری دقیق قطعات الکترونیکی، نقش‌آفرینی می‌کند.
شمش قلع، گویی قلب تپنده این فلز ارزشمند محسوب می‌شود. قالبی نقره‌ای که در آن، هزاران کاربرد و فایده نهفته است. از ظروف قلع اندود شدة درخشان در آشپزخانه تا لوله‌های آب و یاتاقان‌های صنعتی، ردپای شمش قلع به چشم می‌آید.
اما داستان شمش قلع به اینجا ختم نمی‌شود. این فلز باارزش، با قابلیت بازیافت، بارهاوبارها جان گرفته و در خدمت انسان قرار می‌گیرد.
در این مطلب، با هم به دنیای شمش قلع سفر نموده و با تاریخچه، کاربردها، مزایا و معایب آن آشنا می‌شویم و رازهای قلب نقره‌ای این فلز دوست‌داشتنی را برملا می‌سازیم.
تاریخچه شمش قلع
قدمت:
قلع یکی از قدیمی‌ترین فلزاتی است که بشر کشف کرده است. شواهد نشان می‌دهد که اولین‌بار حدود 3500 سال قبل از میلاد در شهر اور در جنوب بین‌النهرین (عراق امروزی) استخراج و استفاده می‌شده است.
مصر باستان:
مصریان باستان از قلع برای ساخت ظروف، مجسمه‌ها و جواهرات استفاده می‌کردند. همچنین از آن برای لعاب‌دادن به سفال و کاشی استفاده می‌شد.
عصر برنز:
در عصر برنز، قلع به طور گسترده برای ساخت آلیاژ برنز به کار گرفته می‌شده است. برنز که از ترکیب مس و قلع ساخته می‌شود، سخت‌تر و بادوام‌تر از مس خالص است و به همین دلیل برای ساخت ابزار و سلاح استفاده می‌شد.
قرون‌وسطی:
در قرون‌وسطی، قلع برای ساخت ظروف، سکه‌ها و اشیای مذهبی کاربرد داشته است. همچنین از آن برای لحیم‌کاری فلزات دیگر استفاده می‌شد.
عصر اکتشافات:
در عصر اکتشافات، قلع را برای ساخت قوطی‌های کنسرو و سایر ظروف مورداستفاده در سفرهای دریایی بکار می‌گرفتند.
امروزه:
امروزه از قلع در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود، از جمله:
• لحیم‌کاری: قلع به طور گسترده برای لحیم‌کاری فلزات دیگر استفاده می‌شود.
• صنعت الکترونیک: قلع در ساخت قطعات الکترونیکی مانند خازن‌ها و مقاومت‌ها کاربرد دارد.
• صنعت اتومبیل: از فلز قلع در ساخت یاتاقان‌ها و سایر قطعات موتور استفاده می‌گردد.
• صنعت بسته‌بندی: قلع برای ساخت قوطی‌های کنسرو و سایر ظروف بسته‌بندی مناسب است.
شمش قلع
شمش قلع شکل اولیه قلع است که به طور مستقیم از معادن استخراج می‌شود. شمش قلع به طور ذوب شده و به اشکال مختلف مانند مفتول، لوله و ورق تبدیل می‌شود.
استخراج و تولید
فلز قلع دست‌نخورده یا اولیه به شکل میله، قالب و یا شمش می‌باشد. این قلع‌ها را در وزن‌های ۵۰ کیلوگرمی یا کمتر از آن ریخته‌گری کرده و سپس وارد بازار می‌کنند. قلع‌هایی که به‌عنوان قلع خالص تجاری به فروش می‌رسند، قلع درجه یک هستند و مقدار قلعشان ۹۹.۸ درصد است. البته این مقدار قلع می‌تواند بیشتر شود و تا ۹۹.۹۸ درصد برسد. شمش قلع را از قلع درجه بالا و با استفاده از ماشین‌آلات پیشرفته تولید می‌کنند. ساخت این ماده باید بر اساس استانداردهای لازم صورت‌گرفته تا از نظر کیفیت در درجه بالایی قرار گیرد.
برای ساخت شمش قلع باید در ابتدا فلز قلع را از زیر زمین استخراج کرد. برای استخراج قلع و خردکردن سنگ‌ها باید از تجهیزات خاص و پیشرفته‌ای استفاده کرد. با این تجهیزات سنگ معدن به روی زمین منتقل شده و ابعاد آن را کاهش می‌دهند. یکی از روش‌های استخراج سنگ معدن قلع، استفاده از روش‌های استخراج سطحی است که با استفاده از پمپاژ ماسه‌سنگ صورت می‌گیرد.
برای اینکه ماسه‌های حامل قلع شکسته و جدا شوند، از دستگاه‌های جت آب که فشار بالایی دارند استفاده می‌شود. بعدازاین کار با استفاده از پمپ غوطه‌ور ماسه‌سنگ، دوغاب گل و آب از بین رفته و از آنجا به جعبه‌هایی که برای تخلیه هستند ریخته می‌شوند. در آنجا مواد معدنی سنگین مانند کاستیریت به پایین جعبه سقوط کرده و مابقی مواد زائد از انتهای جعبه خارج می‌شوند.
پس از گذر از این مراحل، در طی فرایندهایی قلع ذوب شده و به مرحله پالایش قلع ناخالص می‌رود. برای تولید شمش، قلع در دمای حداکثر ۱۳۷۰ درجه سانتی‌گراد به همراه کربن ذوب می‌شود. بعد از آن با استفاده از روش‌های الکترولیتی و چند روش دیگر، فلز قلع با خلوص بالا تصفیه خواهد شد. در نهایت با فرایندهای مختلف شمش قلع تولید می‌شود.
انواع شمش قلع؛ سرب‌دار و بدون‌سرب
شمش‌های قلع در دو نوع سرب‌دار و بدون سرب تولید می‌شوند. شمش قلع سرب‌دار پرفروش‌ترین نوع شمش قلع بوده و به‌عنوان شمش ۶۳.۳۷ نیز شناخته می‌شود. این بدان معنا است که مقدار سرب موجود در این شمش ۳۷ درصد و مقدار قلع آن ۶۳ درصد است. از شمش سرب‌دار ۶۳.۳۷ به دلیل اینکه از اکسیدشدن مواد جلوگیری می‌کند، بیشتر در انواع حمام قلع و دمای بالا استفاده می‌شود. این نوع شمش را در آزمایشگاه‌های معتبری آزمایش می‌کنند تا محصولی باکیفیت و مطمئن ارائه شود. قیمت شمش قلع سرب‌دار مقرون‌به‌صرفه بوده و از آن در صنایع الکترونیک و دستگاه‌های اتومات استفاده می‌شود. از مزیت‌های این شمش می‌توان به کاهش تولید تفاله، کاهش اتصال کوتاه و کاهش خوردگی اشاره کرد.
شمش قلع بدون سرب همان‌طور که مشخص است، عاری از سرب بوده و برای لحیم کاری بدون نیتروژن استفاده می‌شود. این نوع شمش باعث کاهش خورندگی مس و کاهش تولید خاکستر قلع در حین عمل لحیم کاری می‌شود. با استفاده از شمش قلع بدون سرب اکسیداسیون قلع کم شده و نیاز به سرویس دستگاه و تمیزکاری آن کاهش پیدا خواهد کرد.
کاربرد شمش و پودر قلع
باتوجه‌به موارد ذکر شده، شمش قلع یا پودر آن در صنعت الکترونیک و لحیم کاری نقش مهمی دارند. از آلیاژهای شمش قلع در طیف‌های گستردة دیگری استفاده می‌شود. برای مثال بیشتر از شمش قلع در ساخت یاتاقان (ترکیب با مس و سرب)، ساخت آمالگام‌های دندانی (به همراه آلیاژ نقره)، ساخت قطعات خودرو (به همراه آلیاژ آهن)، ساخت فلزات هوافضا با آلومینیوم و تیتانیوم استفاده می‌شود. برای استفاده از شمش قلع در لحیم کاری آن را در یک حمام قلع با حرارت خاصی ذوب می‌کنند و عملیات لحیم کاری را با عبور از موج قلع انجام می‌دهند. بیشتر از این روش لحیم کاری، برای لحیم بردهای الکترونیکی DIP استفاده می‌شود.
تاثیر فلز قلع بر سلامتی و محیط‌زیست
سنگ معدن قلع در برابر هوا بسیار مقاوم است و مقدار آن در خاک و آب‌های طبیعی بسیار ناچیز است. بیشتر ترکیبات آلی قلع سمی هستند و اگر استنشاق شوند ممکن است حالاتی مثل تهوع، گرفتگی عضلات و اسهال در فرد ایجاد شود. به همین دلیل افرادی که در معدن و کارخانه‌های معدن کار می‌کنند، بیشتر در معرض اثرات قلع بر روی سلامتی‌شان هستند. جذب ترکیبات قلع می‌تواند باعث اثرات حاد و خطرناکی در طولانی‌مدت شود. از جمله این اثرات می‌توان به سوزش چشم، سوزش پوست، سردرد، دل‌درد، سرگیجه، تعرق شدید، تنگی نفس و مشکلات ادراری اشاره کرد. همچنین افسردگی، آسیب‌های کبدی، عملکرد نادرست سیستم ایمنی بدن، آسیب کروموزومی، کمبود گلبول قرمز خون و آسیب‌های مغزی مانند خشم، فراموشی، سردرد و اختلال در خواب از عوارض طولانی‌مدت قلع هستند. طبق تحقیقات دولت ایالات متحده آمریکا، میزان ترکیبات قلع استاندارد را ۲ میلی‌گرم در هر مترمکعب هوا تعیین کرده است.
همان‌طور که گفته شد شکل سمی این فلز، نوع آلی آن است. این فلز در طبیعت بسیار پایدار و مقاوم است و تقریباً می‌توان گفت غیرقابل‌تجزیه می‌باشد. تجزیه‌نشدن قلع باعث شده تا غلظت آنها در محیط روبه‌افزایش برود. قلع‌های آلی که بر روی لجن‌های آب جذب می‌شوند، باعث پخش‌شدن از طریق سیستم‌های آبی می‌شوند. همین امر سبب آسیب زیاد به اکوسیستم‌های آبی شده و برای جلبک‌ها، قارچ‌ها و فیتوپلانگتون‌ها مشکلاتی ایجاد خواهد شد. فیتوپلانگتون‌ها به دلیل اینکه اکسیژن موردنیاز آبزیان را تأمین می‌کنند، بسیار مهم هستند و باید در حفظ سلامتی‌شان کوشا بود.
ویژگی‌ها و مزایای شمش قلع سرب دار
شمش قلع سرب‌دار، یکی از پرمصرف‌ترین و پرفروش‌ترین شمش‌های قلع در ایران است. این شمش که از نوع ۶۳.۳۷ می‌باشد، بسیار مقرون‌به‌صرفه بوده و برای کاهش هزینه‌ها مناسب است. از شمش قلع سرب‌دار برای صنایعی چون الکترونیک استفاده می‌شود و جهت ساخت دستگاه‌های تمام‌اتومات یا نیمه اتومات این شمش‌ها را به کار می‌گیرند. همچنین از شمش قلع سرب‌دار برای لحیم کاری انبوه بردهای الکترونیکی استفاده زیادی می‌شود. خصوصیتی که این شمش‌های قلع دارند این است که سبب کاهش اتصال کوتاه در مدار، خوردگی ورق مس و تفاله‌های ایجاد شده در حین عملیات می‌شوند.
مشخصات و ویژگی‌های شمش قلع بدون سرب
در مقابل شمش قلع سرب‌دار، شمش قلع بدون سرب قرار دارد. این شمش‌ها فاقد آلیاژ سرب هستند و با مواد جایگزین دیگری ساخته می‌شوند. شمش‌های بدون سرب، از ورقه‌های به‌خوبی محافظت نموده و مانع از خوردگی و اکسید شدن آنها می‌شوند. همچنین زمانی که از شمش قلع بدون سرب برای لحیم کاری استفاده می‌شود، خاکستر قلع ایجاد نشده و کار به شکل تمیزتری انجام خواهد شد. برای همین پس از پایان عملیات، نیازی به سرویس و تمیزکاری حمام قلع نبوده و هزینه‌های اضافی کاهش پیدا خواهد کرد.
منابع استخراج فلز قلع
برای استخراج قلع، باید به سراغ موادی رفت که از بیشترین میزان این ماده برخوردار هستند. یکی از مواد معدنی مهم قلع که بیش از ۷۰.۸ درصد قلع دارد، سنگ کاسیتریت است. برای استخراج قلع از این سنگ باید مراحلی طی شود. فرایندهایی چون حذف اکسیژن و قرارگیری در کوره‌های ذوب، سبب آزادشدن قلع از آن خواهد شد. خوب است بدانید در اوایل قرن بیستم، کشور چین نیمی از تولیدات شمش قلع را به خود اختصاص داد. پس از آن کشورهای دیگری وارد عمل شدند و در تولید شمش قلع بسیار خوب عمل کردند. کشورهایی چون مالزی، اندونزی، تایلند، نیجریه، کنگو، پرو، برزیل، آفریقای جنوبی و غیره از جمله کشورهای فعال در تولید قلع هستند.
در کنار استخراج فلز قلع، می‌توان از بازیابی مجدد منابع ثانویه استفاده کرد. در حال حاضر حدود ۸۰ درصد قلع تولید شده در جهان، از ذخایر آبرفتی یا همان ذخایر ثانویه به دست می‌آید. برای مثال شمش قلع‌های تایلند و اندونزی، توسط ذخایر آبرفتی و لایروبی در بستر دریاها تولید می‌شوند.
