Сообщение про цинк по химии. Цинк: производство и применение

Раздел. Получение и свойства цинка.

Цинк — это элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях — хрупкий переходный голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Получение и свойства цинка

Известно 66 минералов цинка, в частности цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит. Наиболее распространенный минерал — сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Из-за трудности определения этого минерала его называют обманкой (др.-греч. σφαλερός — обманчивый). Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента № 30: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO · SiO2 · Н2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую «бурундучную» руду — смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.

Среднее содержание цинка в земной коре — 8,3·10-3%, в основных извержённых породах его несколько больше (1,3·10-2%), чем в кислых (6·10-3%). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.

Цинк — важный биогенный элемент, в живых организмах содержится в среднем 5·10-4% цинка. Но есть и исключения — так называемые организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

Месторождения цинка известны в Австралии, Боливии. В Российской Федерации крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО "ГМК Дальполиметалл".

Цинк в природе как самородный металл не встречается. Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4 % Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50-60 % Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в оксид ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO2 расходуется на производство серной кислоты. Чистый цинк из оксида ZnO получают двумя способами. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200—1300 °C: ZnO + С = Zn + CO. Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожженной глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем — шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов цинк получают в шахтных печах с дутьем. Производительность постепенно повышалась, но цинк содержал до 3 % примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный цинк очищают ликвацией (то есть отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °C), достигая чистоты 98,7 %. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией дает чистотой 99,995 % и позволяет извлекать кадмий.

Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) 93-94 %. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49431 нм, пространственная группа P 63/mmc, Z = 2. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). При 100—150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Собственная концентрация носителей заряда в цинке 13,1·1028 м−3.

Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото , серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа.

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций).

Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дмі, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи), ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550—650 Вт·ч/дмі), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт·ч/кг, 410—570 Вт·ч/дмі), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дмі), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др.

Цинк (Zinc) - это

Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, которые отличаются весьма высокой удельной энергоёмкостью. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.

Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.

Цинк — важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, -5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.

Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров временного действия и разного рода люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия, также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

На разные применения цинка приходится:

цинкование — 45-60 %

медицина (оксид цинка как антисептик) — 10 %

производство сплавов — 10 %

производство резиновых шин — 10 %

масляные краски — 10 %.

Производство цинка в мире за 2009 год составило 11,277 млн т, что на 3,2 % меньше чем в 2008 г.

Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)

необходим для продукции спермы и мужских гормонов

необходим для метаболизма витамина E.

важен для нормальной деятельности простаты.

участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.

необходим для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы.

Цинк (Zinc) - это

Среди продуктов, употребляемых в пищу человеком, наибольшее содержание цинка — в устрицах. Однако в тыквенных семечках содержится всего на 26 % меньше цинка, чем в устрицах. Например, съев 45 граммов устриц, человек получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных семечек. Практически во всех хлебных злаках цинк содержится в достаточном количестве и в легкоусваиваемой форме. Поэтому, биологическая потребность организма человека в цинке обычно полностью обеспечивается ежедневным употреблением в пищу цельнозерновых продуктов (нерафинированного зерна).

~0,25 мг/кг — яблоки, апельсины, лимоны, инжир, грейпфруты, все мясистые фрукты, зелёные овощи, минеральная вода.

~2—8 мг/кг — малина, чёрная смородина, финики, большая часть овощей, большинство морских рыб, постная , молоко, очищенный рис, свёкла обычная и сахарная, спаржа, сельдерей, помидоры, картофель, редька, хлеб.

~8—20 мг/кг — некоторые зерновые, дрожжи, лук, чеснок, неочищенный рис, яйца.

~20—50 мг/кг — овсяная и ячменная мука, патока, яичный желток, кроликов и цыплят, орехи, горох, фасоль, чечевица, зелёный чай, сушёные дрожжи, кальмары.

~30—85 мг/кг — говяжья печень, некоторые виды рыб.

~130—202 мг/кг — отруби из пшеницы, проросшие зёрна пшеницы, тыквенные семечки, семечки подсолнечника.

Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов (железа , купрума, кадмия, свинца), снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и другие.

Для оценки содержания цинка в организме определяют его содержание в волосах, сыворотке и цельной крови.

При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.

Цинк (Zinc) - это

Отравление ZnSO4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.

Отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров. Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель.

Области применения цинка. ЦВОО Для производства химически чистых реактивов для нужд электротехнической промышленности и для научных целей.

ЦВО Для нужд полиграфической и автомобильной отраслей промышленности .

ЦВ Для отливаемых под давлением особо ответственных деталей, авиа- и автоприборов; для изготовления окиси цинка, применяемой в химико-фармацевтической промышленности; для химически чистых реактивов; для получения цинкового порошка, используемого в аккумуляторной промышленности.

Ц0А Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов, для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением; для горячего и гальванического оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов; для изготовления цинковых белил.

Ц0 Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов; для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением, для горячего и гальванического оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов.

Цинк (Zinc) - это

Ц1 Для производства сплавов, обрабатываемых давлением (в том числе для цинковых листов); для изготовления гальванических элементов (отливки); для гальванического оцинкования в виде анодов; для горячего оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для специальных латуней; медно-цинковых сплавов; для приготовления флюса при лужении жести для консервных банок; для изготовления цинкового порошка, применяемого в химической и металлургической промышленности.

Ц2 Для производства цинковых листов, для медно-цинковых сплавов и бронз; для горячего оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов; для изготовления проволоки для шоопирования; для изготовления цинкового порошка, применяемого, в химической и металлургической промышленности.

Ц3 Для производства цинковых листов, в том числе предназначенных для полиграфической промышленности, для обычных литейных и свинцовых медно-цинковых сплавов; для горячего оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка, применяемого в металлургической промышленности.

Латинское zincum переводится как «белый налет». Откуда произошло это слово, точно не установлено. Некоторые историки науки и лингвисты считают, что оно происходит от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Другие связывают его с древнегерманским «цинко», означавшим, в частности, бельмо на глазу.

За многие века знакомства человечества с цинком название его неоднократно менялось: «спелтер», «тутия», «шпиаутер»... Общепризнанным название «цинк» стало лишь в 20-х годах нашего столетия.

Цинк (Zinc) - это

В каждом деле есть свой чемпион: чемпион по бегу, по боксу, по танцам, по скоростной варке пищи, по отгадыванию кроссвордов... С именем Чемпиона (Чемпиона с большой буквы) связана история первых в Европе цинковых производств. На имя Джона Чемпиона был выдан на дистилляционный способ получения цинка из окисленных руд. Случилось это в 1739 г., а к 1743 г. был построен завод в Бристоле с ежегодной продукцией 200 т цинка. Через 19 лет тот же Д. Чемпион запатентовал способ получения цинка из сульфидных руд.

По старинным преданиям, папоротник цветет лишь в ночь под Ивана Купалу и охраняет этот цветок нечистая сила. В действительности папоротник как споровое растение не цветет вообще, но слова «папоротниковые цветы» можно встретить на страницах вполне серьезных научных журналов. Так называют характерные узоры цинковых покрытий. Эти узоры возникают благодаря специальным добавкам сурьмы (до 0,3%) или олова (до 0,5%), которые вводят в ванны горячего цинкования. На некоторых заводах «цветы» получают иначе, - прижимая горячий оцинкованный лист к рифленому транспортеру.

Первый в мире электромотор был сконструирован академиком Б.С. Якоби. В 1838 г. всеобщее восхищение вызвал его электроход - лодка с электрическим двигателем, которая осуществляла перевозку вверх и вниз по Неве до 14 пассажиров. Мотор получал ток от гальванических батарей. В хоре восторженных откликов диссонансом прозвучало мнение известного немецкого химика Юстуса Либиха: «Гораздо выгоднее прямо сжигать уголь для получения теплоты или работы, чем расходовать этот уголь на добывание цинка, а затем уже сжиганием его в батареях получать работу в электродвигателях». В итоге Либих оказался прав наполовину: как источник питания электродвигателей батареи скоро перестали применять. Их заменили аккумуляторами, способными восполнять запасы энергии. В аккумуляторах до последнего времени цинк не применяли. Лишь в наши дни появились аккумуляторы с электродами из серебра и цинка. В частности, такой аккумулятор работал на борту третьего советского искусственного спутника Земли.

В доисторических дакийских развалинах в Трансильвании был найден идол, отлитый из сплава, содержащего около 87% цинка. Получение металлического цинка из галмея (Zn4*H2O) впервые описывает Страбон (60-20 гг. до н.э.). Цинк в этот период называли тутией или фальшивым серебром.

С кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема.

Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников.

Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О.В.Лосева.

Дело в том, что Лосев включил в схему кристалл окиси цинка. Это заметно улучшело чувствительность аппарата к слабым сигналам. Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала “Radio-News”, целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: ” О.В.Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в Российской Федерации делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!

Цинк является единственным элементом, который входит в жизненный цикл человека (в отличие от других металлов, используемых в защитных покрытиях). Суточная потребность человека в цинке оценивается в 15 мг; в питьевой воде разрешается концентрация цинка 1 мг/л. Отравиться цинком весьма трудно, лишь при вдыхании паров цинка от сварки могут возникнуть ощущения, свидетельствующие об отравлении, которые проходят при выведении пострадавшего из данной рабочей атмосферы. Наблюдается также "литейная лихорадка" у рабочих, связанных с переработкой веществ, содержащих цинк, если концентрация цинковой пыли в воздухе на рабочем месте превышает 15 мг/мі.

История оцинковывания начинается с 1742 г., когда французский химик Мелуин, на презентации во Французской Королевской Академии, описал метод покрытия железа путем погружения его в расплавленный цинк.

В 1836, Сорел, другой французский химик, получил патент на способ покрытия железа цинком после первой очистки 9% серной кислотой и обработкой хлоридом аммония. Подобный патент в Англии был выдан в 1837 г. К 1850 г. в Британии использовалось 10 000 т цинка в год с целью защиты стали от коррозии.

Революционный метод использования водорода, полученного экологически безопасным и дешевым путем, был разработан командой ученых из Израиля, Швеции, Швейцарии и Франции .

В основу данного метода положено производство порошка цинка. Это поможет избавиться в будущем от применения бензина, который загрязняет атмосферу. Недавно разразившийся энергетический еще раз дал понять о необходимости разработки альтернативного источника энергии для автомобилей. Один из самых вероятных кандидатов для замены бензина считается водород. Его запасы велики, и он может быть получен из воды. Одна из проблем, возникающих при использовании водорода, заключается в дороговизне его получения и транспортировке. В настоящий момент самым применяемым способом получения водорода является электролиз. Он расщепляет молекулы воды на составляющие: водород и кислород путем пропускания электричества. Этот относительно прост, однако требует большого количества электричества. Это довольно дорого для использования в промышленных масштабах. Разделение молекул воды с помощью нагрева не очень часто встречается, поскольку это требует температуры выше 2,5 тыс. градусов Цельсия. Несколько лет назад был разработан новый метод с использованием порошка цинка для получения водорода. Это процесс требовал меньшей температуры - 350 градусов Цельсия. Поскольку цинк является достаточно распространенным элементом и четвертым в мире по выпуску после железа, алюминия и купрума , он может легко использоваться для производства водорода. Единственная проблема, которая может при этом возникнуть, - трудность в получении порошка цинка (Zn) из оксида цинка (ZnO) с помощью электролиза или в плавильной печи. Однако эти способы очень энергоемки и загрязняют окружающую среду. В ходе разработки учеными были применены самые сильные в мире управляемые компьютером зеркала, расположенные в израильском институте Weitzman. Группа зеркал способна концентрировать солнечную энергию в желаемом месте, обеспечивая сверхвысокую температуру. Таким образом, ученые смогли получить порошок цинка для производства водорода.

Растущее использование оцинкованных стальных металлоконструкций для сооружения объектов на открытом воздухе, для которых обязательным условие является длительный срок эксплуатации, требует нанесения цинкового слоя толще обычного.

Там где ожидается более продолжительная эксплуатация конструкции, чем может обеспечить цинкование, следует рассмотреть вариант последующего покрытия цинкового слоя краской. В настоящее время существуют краски, которые можно наносить на только что оцинкованную . Как вариант, окрашивание можно провести несколько позже, после образования оксидной пленки. Цинковое покрытие под краской необходимо для защиты железа или стали от коррозии, если слой краски разрушится в период между техническим обслуживанием. Очень легко удалить старый слой краски с оцинкованной поверхности и покрасить снова, но гораздо труднее удалить краску с корродированной поверхности, если ранее она была нанесена непосредственно на сталь или железо. Сочетание цинкования с последующим окрашиванием обеспечивает длительность эксплуатации.

Производство и потребление цинка связано практически со всеми областями деятельности (строительство, автотранспорт, энергетика, медицина, пищевая , керамика и т.д.).

Мировое потребление цинка постоянно растет вне зависимости от состояния всемирной экономики, причем зачастую опережая рост валового национального продукта.

40-50% от мирового потребления цинка используется для производства оцинкованной стали - причем приблизительно 1/3 для горячего цинкования готовых предметов торговли, 2/3 для цинкования полосы и проволоки.

Невозможно представить современную жизнь без цинка. Ежегодно в мире потребляется более 10 миллионов тонн цинка. Дом, компьютер, многие вещи вокруг нас - все это сделано с использованием цинка.

Ежегодно в мире производится миллионы тонн цинка. Половина этого объема используется для защиты стали от ржавчины. Экологически привлекательным моментом в пользу применения цинка является то, что 80% его используется вторично и он не теряет своих физических и химических свойств. Предохраняя сталь от коррозии, цинк помогает сохранить , такие, как и энергия. Продлевая срок службы стали, цинк увеличивает жизненный цикл товаров и капитальных вложений - домов, мостов, энерго- и водораспределителей, телекоммуникации - таким образом оберегая вложения и помогая уменьшить на ремонт и техобслуживание.

Благодаря своим уникальным свойствам цинк применяется во многих отраслях промышленности:

в строительстве;

для производства шин и резиновых предметов торговли;

для денежной эмиссии удобрений и корма для животных;

для изготовления автомобильного оборудования и бытовых приборов, фурнитуры, инструментов;

для изготовления фармацевтического, медицинского оборудования и косметики.

В отличие от искусственных химических соединений, цинк - естественный природный элемент. Цинк присутствует в воде, воздухе, почве, а также играет важную роль в биологических процессах всех живых организмов, включая человека, животных и растений.

Цинковые соединения также должны присутствовать в пище человека. Человеческое тело содержит 2-3 грамма цинка.Заживляющие свойства цинковых соединений дали толчок для их использования во многих фармацевтических и косметических продуктах, от липких пластырей до антисептических кремов и солнцезащитных лосьонов.

Использование цинка отвечает целям долговременного развития человечества.

Цинк может повторно использоваться бесконечное число раз без потери своих физических и химических показателей. На сегодняшний день уже около 36% мирового цинка поставляется из переработки, и около 80 % цинка, пригодного для переработки, в действительности перерабатывается. Благодаря длинному жизненному циклу большинства товаров из цинка, который может иногда длиться более 100 лет без ремонта, большая часть цинка, произведённого в прошлом, до сих пор используется, составляя ценный подкрепляющий источник цинка для будущих поколений.

Общая характеристика цинка Zn

Суточная потребность в цинке

Суточная потребность в цинке составляет - 10-15 мг.

Верхний допустимый уровень потребления цинка установлен в 25 мг в сутки

Потребность в цинке возрастает при:

занятиях спортом

обильных потоотделениях.

Цинк входит в состав более 200 ферментов, которые участвуют в различных обменных реакциях, включая синтез и распад углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот - основного генетического материала. Он является составной частью гормона поджелудочной железы - инсулина, регулирующего уровень сахара в крови.

Цинк способствует росту и развитию человека, необходим для полового созревания и продолжения потомства. Он играет важную роль в формировании скелета, необходим для функционирования иммунной системы, обладает антивирусными и антитоксическими свойствами, участвует в борьбе с инфекционными болезнями и раком.

Цинк необходим для поддержания нормального состояния волос, ногтей и кожи, обеспечивает возможность ощущать вкус, запах. Он входит в состав фермента окисляющего и обезвреживающего спирт.

Цинку свойственна немалая антиоксидантная активность (как селену, витаминам С и Е) - он входит в состав фермента супероксиддисмутазы, который препятствует образование агрессивных активных форм кислорода.

Признаки нехватки цинка

потеря обоняния, вкуса и аппетита

ломкость ногтей и появление белых пятнышек на ногтях

выпадение волос

частые инфекции

плохое заживление ран

позднее половое содержание

импотенция

утомляемость, раздражительность

снижение способности к обучению

Признаки избытка цинка

желудочно-кишечным расстройствам

головные боли

Цинк необходим для нормального функционирования всех систем организма.

Земля становится все беднее цинком, а пища, употребляемая нами, содержит много углеводов и мало микроэлементов, что еще более усугубляет ситуацию. Избыток кальция в организме снижает усвоение цинка на 50%. Цинк быстро выводится из организма при стрессах (физическом и эмоциональном), под действием токсичных металлов, пестицидов. С возрастом усвоение этого минерала существенно снижается, поэтому необходим его дополнительный прием.

Добавки цинка помогают предупреждению болезни Альцгеймера. У людей, страдающих этой болезнью, почти невозможно обнаружить цинк-зависимый гормон вилочковой железы - тимулин, а это подразумевает, что цинка может играть определенную роль в возникновении патологического процесса.

Цинк жизненно важен для функционирования тимуса и нормального состояния иммунной системы. Являясь компонентом ретинолпереносящего белка, цинк вместе с витамином А и витамином С препятствует возникновению иммунодефицитов, стимулируя синтез антител и оказывая противовирусное действие. Злокачественные опухоли активнее развиваются на фоне пониженного уровня цинка.

Самый важный симптом недостаточности цинка - общая нервозность, слабость. Симптомы почти всех кожных заболеваний ослабевают или исчезают при увеличении содержания цинка в организме. Он особенно эффективен при лечении угревой сыпи, которую некоторые исследователи считают заболеванием, обусловленным дефицитом цинка и одной из незаменимых жирных кислот.

Цинк - металл серебристо-белого цвета, который еще с древних времен в Египте, Китае, Греции и Индии широко использовался в сплаве с медью (латунь). В середине XVIII века вещество было выделено в чистом виде. Современное название цинк получил лишь в 1920 годах. В природе он представлен солями, находящимися в составе минералов. Из этой статьи вы подробнее узнаете, что такое цинк и как его можно использовать.

Общая характеристика

Цинк - это элемент побочной подгруппы 2-й группы 4-го периода таблицы Менделеева, с порядковым номером 30. Атомная масса цинка равна 65,39. Своим названием он обязан Парацельсу, в трудах которого встречаются слова zinken и zincum, происходящие, очевидно, от слова zinke, означающего зубец. Отсюда произошла и химическая формула цинка - Zn. Будучи весьма распространенным элементом, цинк встречается в земной коре едва ли не во всех водных ресурсах планеты и в львиной доле живых организмов. На сегодняшний день известно более шести десятков минералов этого вещества. Основная масса цинка добывается в Боливии, Австралии, Казахстане и Иране.

Физические и химические свойства

Давайте узнаем, что такое цинк с точки зрения науки. Данный элемент является хрупким и пластичным переходным металлом. При взаимодействии с воздухом, серебристо-белое вещество тускнеет. Цинк горит, образуя белый оксид. При сгибании пластинки из этого материала можно услышать треск, образующийся из-за трения кристаллов. Цинк, нагретый до 100-150 °С становится очень пластичным.

Промышленное использование

Металлический цинк нашел широкое применение в промышленности. С его помощью, путем подземного выщелачивания добывают золото и серебро. Также цинк используется для защиты стали от коррозии (оцинковка и металлизация). В батарейках и аккумуляторах данное вещество выступает в качестве материала для отрицательных электродов.

Цинковые пластины широко используют в полиграфии, главным образом для печати иллюстраций. Из меди и цинка делают латунь. Сплавы этого вещества с магнием и алюминием нашли широкое применение в машиностроении. Цинк вводят в состав твердых припоев, для снижения температуры их плавления. Его окись является антисептическим и противовоспалительным средством, поэтому пользуется популярностью в медицине. Также с ее помощью производят краски - так называемые цинковые белила.

Селенид, фосфид, сульфид и теллурид цинка являются широко применяемыми полупроводниками. Кроме того, фосфид используется в составе отравы для грызунов, сульфид - в составе люминофоров, а селенид - в изготовлении оптических стекол.

Цинк в организме

Действие макроэлемента обуславливается тем фактом, что он входит в состав большого количества ферментов. Таким образом, цинк играет важную роль в организме человека. Еще в древнем Египте, с его помощью заживляли раны. На сегодняшний день учеными доказано, что данный макроэлемент принимает непосредственное участие в укреплении иммунной системы и поддержании нормального гормонального фона, а также стабилизирует рост.

В организме человека это химическое вещество можно найти в: мышечных тканях, костях, почках, печени, клетках крови, и даже сетчатке глаза. Цинк не только способствует долголетию, но и помогает сохранить молодость и избавиться от следов усталости.

Сегодня даже молодежь страдает от недостатка антиоксидантов, одним из которых является цинк. Это крайне негативно влияет на женскую репродуктивность и эндокринную систему. Девушки, у которых наблюдается дефицит цинка, страдают от недостаточной выработки половых гормонов и растут больше, чем нужно. У них отмечаются чересчур длинные конечности, нарушение отложения жировых клеток и менструального цикла и внешняя инфантильность.

Для мужчин цинк также очень важен. Он регулирует рост предстательной железы, а также отвечает за профилактику мужского бесплодия и аденомы простаты. Кроме того, данный микроэлемент активирует деятельность половых гормонов и сперматозоидов.

В пожилом возрасте недостаток цинка приводит к потере слуха, развитию атеросклероза и частым инфекционным заболеваниям. При достаточном употреблении этого вещества улучшаются память, внимание и прочие функции мозга.

Огромное количество цинка содержится в наших волосах. Поэтому проблемы с волосяным покровом (ломкость, тусклость, выпадение) являются первым сигналом о его недостатке. Многие знают, что витамин А - это залог здоровья ногтей кожи и волос. Однако даже его усиленный прием может оказаться безрезультатным, если не принимать цинк, выступающий активатором витаминов Е и А.

Кроме того, он позволяет избавиться от угревой сыпи, ревматизма, и инфекционных заболеваний ротовой полости. Исследования показали, что высокая смертность новорожденных мальчиков может быть вызвана дефицитом цинка у матери во время беременности. Усиливается данная проблема тем фактом, что женская потребность в этом веществе гораздо меньше, чем мужская. По этой же причине возможны гестоз и выкидыши.

Благодаря антиоксидантным и регенеративным свойствам, данный макроэлемент более 5000 лет используется для заживления ран и ожогов. Его по сей день добавляют в мази, лосьоны и крема.

Суточная норма

Норма потребления цинка была определена лишь в 1970 году. У мужчин она составляет 15 мг в сутки, а у женщин - 12 мг. Вместе с тем многие специалисты настаивают на том, что эти показатели стоит увеличить как минимум вдвое. Статистика же показывает, что большинство населения Земли не получает и указанных количеств макроэлементы. В некоторых случаях дозу цинка однозначно стоит увеличить. Это: психологические нагрузки, беременность и кормление, физические нагрузки, вегетарианство.

Необходимо также иметь в виду, что при лечении кортизоном, употреблении противозачаточных препаратов, а также злоупотреблении чересчур сладкой и соленой пищей усвояемость цинка снижается. А вот употребление магния и витамина В6, наоборот, повышает активность этого макроэлемента. Поэтому магний и цинк часто представлены в лекарственных препаратах в тандеме.

Признаки дефицита

Недостаток цинка в организме может быть обусловлен рядом причин: недостаточное поступление с пищей, плохое усвоение, нарушения в работе щитовидной железы, заболевания печени. Кроме того, поводом для дефицита этого макроэлемента может стать переизбыток белков, фитина и селена, употребляемых с продуктами питания. Причиной данной проблемы и снижения качества жизнедеятельности в целом также могут стать моральные и физические нагрузки, нестабильный образ жизни, стрессовые ситуации, вредные привычки.

Перерасход цинка в организме происходит при воспалениях и онкологии. Причина в том, что при лечении данных заболеваний, активируется рост клеток, в котором важную роль играет цинк.

Недостаток данного макроэлемента в организме является довольно серьезной проблемой. Он может привести к таким проблемам:

1. Патологии желудочно-кишечного тракта.
2. Нарушения сна, утомляемость, нервозность.
3. Склонность к алкогольной зависимости, депрессивные состояния.
4. Гиперактивность.
5. Потеря обоняния, аппетита и вкусовых ощущений.
6. Уменьшение остроты зрения.
7. Малокровие.
8. Угри, дерматит, экзема, псориаз и прочие заболевания кожи.
9. Поражение волосяного покрова и ногтей.
10. Развитие сахарного диабета.
11. Задержка полового созревания, которая может привести к аденоме простаты и импотенции.
12. Патологии во время беременности или даже бесплодие.
13. Ослабление иммунитета и, как следствие, аллергические и респираторные заболевания.
14. Преждевременное старение.

Как показали недавние исследования, если в организме человека наблюдается недостаток цинка и таурина, то у него может начать развиваться эпилепсия.

Цинк особенно важен для детей, так как его нехватка может привести к остановке роста. В некоторых восточных странах, из-за указанной причины проживает много людей карликового роста.

Избыток цинка

Переизбыток макроэлемента наступает при употреблении более двух грамм в сутки. Если же принять более 200 г цинка, то он вызовет рвоту. Длительное употребление вещества в количестве более 100 грамм в день приводит к ухудшению иммунитета и способствует развитию язв желудка. Острое отравление сопровождается рвотными рефлексами, диареей и появлением во рту специфического привкуса.

Причиной переизбытка цинка может быть прием препаратов несогласованных с врачом, нарушение обмена веществ на клеточном уровне, работа на вредном производстве и даже неправильное использование оцинкованной посуды.

Симптомами начальных стадий отравления данным макроэлементом являются: патологии кожи, ногтей и волос, ослабление иммунной системы, боли в желудке, нарушения в работе печени, поджелудочной железы и простаты. При более сильных отравлениях могут возникнуть боли в поясничном отделе, усиленное сердцебиение и боли при мочеиспускании. Велика также вероятность повышения уровня холестерина в сосудах.

Положительным является тот факт, что, по мнению многих ученых, передозировка цинком практически невозможна, так как он не обладает токсичностью и не может накапливаться в тканях в виде излишков. Особенно это касается макроэлемента, содержащегося в естественном виде в продуктах питания. А вот дефицит вещества в рационе питания многих людей действительно является серьезной проблемой.

Источники в пище

Казалось бы, если цинк в продуктах встречается едва ли не повсеместно, откуда у людей проблемы с дефицитом данного макроэлемента. Здесь есть ряд нюансов. Во-первых, в растительных источниках количество цинка крайне незначительно. Во-вторых, макроэлементы, поступающие в организм с пищей, далеко не всегда усваиваются в полном объеме. И в-третьих, на снижение пищевой ценности продуктов может влиять кулинарная обработка и выращивание на обедненных почвах (применительно к растениям). Поэтому прежде чем составлять комплексный рацион питания, стоит разобраться, что такое цинк и сколько его в том или ином продукте. Особо внимательными стоит быть вегетарианцам.

Кстати говоря, в народной медицине есть простое, но действенное средство для восполнения дефицита цинка - настой из листьев березы.

Взаимодействие цинка с другими веществами

У цинка есть как «враги», так и «помощники». К первой категории веществ можно отнести: медь, железо, ртуть и кальций. Цинк плохо усваивается под влиянием: танина, алкоголя, анаболиков, диуретиков и противозачаточных средств. Такое важное для организма вещество как клетчатка, может снизить эффективность цинка до 80%. Здесь, опять же, стоит быть внимательными вегетарианцам, которые потребляют много овощей и фруктов, содержащих клетчатку.

К помощникам цинка относятся: витамины групп А, Е, С и В6, фтор и пиколиновая кислота. Кстати говоря, комплекс из цинка, марганца и витамина В6 используется для профилактики некоторых видов шизофрении.

Препараты на основе цинка

Разобравшись, что такое цинк и как его используют, кратко рассмотрим, в каких медицинских препаратах он представлен. Здесь сразу стоит оговориться, что применять медикаменты без консультации доктора крайне нежелательно. Чаще всего больным назначают растворы цинка, присыпки, мази (например "Бюро плюс", "Деситин", "Глутамол", цинковую мазь), а также окиси и сульфаты в виде капель. Популярны и содержащие цинк витамины («Центрум», «Селиницинк Плюс», «Цинктерал», «Цинкит»). Кроме того, для лечения геморроя используют свечи с цинком, а для борьбы с облысением - таблетки.

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Ленинградской области Подпорожский Политехнический техникум

Поисково-исследовательская работа по химии

Тема:

«Цинк и его свойства»

Выполнил(а): студент группы № 89

Фамилия, имя, отчество: Юриков Алексей Александрович

Проверил преподаватель: Ядыкина Людмила Алексеевна

Подпорожье

1. Положение в периодической системе и строение атома

2. История открытия

3. Нахождение в природе

4. Физические свойства

5. Химические свойства

6. Получение металлического цинка

7. Применение и значение для здоровья человека

8. Мои исследования

9. Литература

Положение в периодической системе

и строение атома

Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30.

Он находится в четвертом периоде второй группы.

атомный вес = 65,37

валентность II

Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов: 64Zn (48,6% по массе), 66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%), 68Zn (18,8%) и 70Zn (0,6%).

Конфигурация двух внешних электронных слоев 3 s 2 p 6 d 10 4 s 2 .

История открытия

Сплавы цинка с медью - латуни - были известны еще древним грекам и египтянам. Цинк получали в 5 в. до н. э. в Индии. Римский историк Страбон в 60-20 годах до н. э. писал о получении металлического цинка, или «фальшивого серебра». В дальнейшем секрет получения цинка в Европе был утерян, так как образующийся при термическом восстановлении цинковых руд цинк при 900°C переходит в пар. Пары цинка реагируют с кислородом воздуха, образуя рыхлый оксид цинка, который алхимики называли «белой шерстью».

Металлический цинк

В XVI веке были предприняты первые попытки выплавлять цинк в заводских условиях. Но производство «не пошло», технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно также как и другие металлы. Руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали углем...

Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но... не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся – температура его кипения всего 906° С. А в печи был воздух. Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт – окись цинка.

Наладить цинковое производство в Европе удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха. Примерно так же «черновой» цинк получают и сейчас, а очищают его рафинированием. Пирометаллургическим способом сейчас получают примерно половину производимого в мире цинка, а другую половинугидрометаллургическим.

Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка (обычно 1-5% в пересчете на металл) входят в состав полиметаллических руд. Полученные при обогащении руды цинковые концентраты содержат 48-65% цинка, до 2% меди, до 2% свинца, до 12% железа. И плюс доли процента рассеянных и редких металлов...

Сложный химический и минералогический состав руд, содержащих цинк, был одной из причин, по которым цинковое производство рождалось долго и трудно. В переработке полиметаллических руд и сейчас еще есть нерешенные проблемы... Но вернемся к пирометаллургии цинка – в этом процессе проявляются сугубо индивидуальные особенности этого элемента.

При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Это несколько осложняет производство, хотя элементарный цинк считается нетоксичным. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Как ни парадоксально, но при получении самого цинка (и кадмия) гидрометаллургическим способом применяется цинковая пыль для очистки раствора сульфата меди и кадмия. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски - все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, пластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Мышиный цвет скорее достоинство, чем недостаток. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.

На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит «прибавить» еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150° С. Нагретый до 250° С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким – происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.

Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый “вольтов столб” состоял из кружочков цинка и меди. И в современных химических источниках тока отрицательный электрод чаще всего делается из цинка.

Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.

К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для «выравнивания» структуры применяют отжиг при 375°С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго лимитируют и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Если же свинца меньше 0,4%, то трудно получить нужную мелкокристаллическую структуру. Вот по этой кромке и «ходят» металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.

Нахождение в природе

В природе цинк находиться только в виде соединений.

СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых или коричневых кристаллов; плотность 3,9-4,2 г/см 3 , твёрдость 3-4 по шкале Мооса. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец, ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.

В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются с атомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку. Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах.

ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собой коричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см 3 и твердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. В решётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серы и наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёв сфалерита.

СМИТСОНИТ (цинковый шпат, ZnCO 3) встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей) тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см 3 и твёрдостью 5 по шкале Мооса.

КАЛАМИН (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 или Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) представляет собой смесь карбоната и силиката цинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости от примесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см 3 и твёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.

ВИЛЛЕМИТ (Zn 2 SiO 4) залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристаллов плотностью 3,89-4,18 г/см 3 и твёрдостью 5-5,5 по шкале Мооса.

ЦИНКИТ (ZnO) - гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красного цвета с решёткой типа вюртцита и твёрдостью 4-4,5 по шкале Мооса.

ГАНИТ (Zn) имеет вид тёмно-зелёных кристаллов плотностью 4-4,6 г/см 3 и твёрдостью 7,5-8 по шкале Мооса.

Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:

монгеймит (Zn, Fe)CO 3

гидроцикит ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трустит (Zn, Mn)SiO 4

гетеролит Zn

франклинит (Zn, Mn)

халькофанит (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканит (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамин Zn 2 (AsO 4)OH

тарбуттит Zn 2 (PO 4)OH

деклуазит (Zn, Cu)Pb(VO 4)OH

леграндит Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O

гопеит Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

Физические свойства

Цинк представляет собой синевато – белый металл средней твердости, плавящийся при 419° С, а при 913° С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см 3 . При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110°С он хорошо гнется и прокатывается в листы.На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой.

Химические свойства

На воздухе при температуре до 100°С Цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl 2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS.Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H 2 SO 4 выделяется Н 2 , а с НNО 3 - кроме того, NO, NO 2 , NH 3 . С концентрированной НCl, H 2 SO 4 и HNO 3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н 2 , SO 2 , NO и NO 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк с выделением Н 2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH) 2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например SО 4 и другие.

Цинк давно зарекомендовал себя как важный химический элемент. Еще до нашей эры люди знали о нем многое и широко применяли в различных сферах. Свойства этого материала позволяют использовать цинк во многих отраслях и в быту. Материал с успехом применяют в химической промышленности, в машиностроении и в строительстве. Поэтому сегодня мы рассмотрим полезные свойства и характеристика металла цинка и сплавов на его основе, цену за кг, особенности использования, а также изготовления материала.

Понятие и особенности

Для начала вашему вниманию предлагается общая характеристика цинка. Этот продукт является не только необходимым производственным металлом, но и важным биологическим элементом. В любом живом организме он присутствует до 4 % от всех элементов.Самые богатые месторождения цинка это Боливия, Иран, Казахстан и Австралия. В нашей стране одним из крупных производителей считается предприятие ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Если рассматривать цинк со стороны периодической системе Менделеева, то он относится к переходным металлам и имеет следующие характеристики:

• Номер по порядку: 30
• Масса: 65,37.
• Степень окисления — +2.
• Цвет: синевато-белый.

Цинк – это радиоактивный изотоп, для которого характерен период полураспада 244 дня.

Если рассматривать цинк со стороны простого вещества, то этот материал имеет следующие характеристики:

• Вид материала – металл.
• Цвет – серебристо-голубой.
• Покрытие – защищен оксидной пленкой, под которой скрывается блеск и сияние.

Цинк содержится в коре земли. Доля металла в ней не очень большая: всего 0,0076%.

Как единичного материала цинка не существует. Он входит в состав многих руд и минералов.

• Наиболее распространенными являются: цинковая обманка, клейофан, марматит. Кроме этого, цинк можно встретить в следующих природных материалах: вюртцит, франкленит, цинкит, смитсонит, каламин, виллемит.
• Спутниками цинка обычно являются: германий, кадмий, таллий, галлий, индий, кадмий.
• Наиболее популярными являются сплавы цинка и алюминия, меди, .

О роли цинка в нашей жизни расскажут специалист в этом видео:

Металлы-конкуренты

С цинком могут конкурировать только 4 металла: титан, алюминий, хром и медь. Описанные материалы имеют следующие характеристики:

1. Алюминий : серебристо-белый цвет, хорошо проводит электричество и тепло, поддается обработке давлением, устойчив к коррозии, имеет низкую плотность, применяется в процессе производства стали (для повышения жаростойкости).
2. Титан : серебристо-белый цвет, большая температура плавления, при соприкосновении с воздухом окисляется, низкая теплопроводность, легко поддается ковке и штамповке, при высокой температуре на поверхности образуется прочная защитная пленка.
3. Хром : синевато-блестящий цвет, высокая твердость, хрупкость, стойкость к окислению в условиях атмосферы и воды, используется для декоративного покрытия.
4. : красный металл, имеет высокую пластичность, хорошую электропроводность, высокую теплопроводность, стойкость к коррозионным процессам, применяется в кровельных материалах.

Для строительных целей наиболее часто (кроме цинка) применяют и другие цветные металлы. К ним относятся: , силумин, баббит, дюралюминий и несколько других.

Цинк отличается от прочих металлов тем, что легко поддается деформации при температуре от 100 ºС до 150 ºС. В таком температурном диапазоне цинк так же поддается ковке и прокату в тонкие листы.

Плюсы и минусы

Плюсы:

• Хорошая жидкотекучесть, благодаря чему легко заполняются литейные формы.
• Высокая пластичность во время проката.
• Чистый цинк хорошо поддается ковке.
• Благодаря своим свойствам и воздействию температуры способен принимать различные состояния.
• Отлично защищает изделие от коррозии, благодаря чему охотно пользуется спросом в строительстве и машиностроении.

• При нагреве вместе с фосфором или серой может взорваться.
• На воздухе теряет блеск.
• При комнатной температуре имеет маленькую пластичность.
• Не находится в природе в чистом виде.

Масса, механические, химические и физические свойства цинка, его основные характеристики будут рассмотрены нами ниже.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

Физические свойства:

• Является металлом средней твердости.
• Цинк не имеет полиморфных модификаций.
• Холодный цинк становится хрупким металлом.
• Приобретает пластичность при температуре 100-100 ºС.
• При более высокой температуре в 250 ºС снова превращается в хрупкий металл.
• Температура плавления твердого цинка равна 419,5 ºС.
• Температура перехода в пар – 913ºС.
• Температура кипения равна 906 ºС.
• Плотность цинка в твердом состоянии равна 7,133 г/см 3 , в жидком — 6, 66 г/см 3.
• Относительное удлинение 40-50%.
• Легко растворим в кислотах.
• Легко растворим в щелочах.

О том, как правильно плавить цинк, смотрите в видеоролике:

Химические

Химические свойства цинка:

• 3d 10 4s 2 — конфигурация атома.
• Цинк считается активным металлом.
• Является энергетическим восстановителем.
• Электродный потенциал: -0,76 В.
• При температуре ниже 100 ºС теряет блеск и имеет покрытие пленкой.
• Во влажном воздухе (особенно если в нем есть углекислый газ) металл разрушается.
• Во время сильного нагрева цинк сильно сгорает с образованием голубоватого пламя.
• Степень окисления: .
• Кислоты и щелочи действуют на цинк различно в зависимости от присутствия в металле различных примесей.
• При нагревании цинка в воде происходит процесс гидролизации с образованием белого осадка.
• Минеральные кислоты большой силы способны легко растворить цинк.

Структура и состав

Формула цинка следующая: Zn. Конфигурация внешнего слоя атома — 4s 2 . Цинк имеет химическую связь металлическую, кристаллическую решетку – гексагональную, плотную.

Цинк в природе состоит их трех стабильных изотопов (перечислим их: 64 Zn (48,6%), 66 Zn (26,9%) и 67 Zn (4,1%)) и нескольких радиоактивных. Самый важный из радиоактивных имеет полураспад равный 244 суткам.

Производство

Как говорилось, цинк не содержится в природе в чистом виде. Его в основном получают из полимерных руд. В этих рудах цинк присутствует в форме сульфида. С ним всегда идут сопутствующие металлы, перечисленные выше.

С помощью процесса обогащения селективной флотацией получают концентрат цинка. Параллельно этому процессу из полиметаллических руд выходят другие концентраты веществ. Например, и медные.

Полученные цинковые концентраты обжигают в печи. В результате действия высоких температур цинк переходит из сульфидного состояния в оксидное. В процессе производства выделяется сернистый газ, который идет на производство серной кислоты. из оксида цинка двумя способами: пирометаллургическим и электролитическим.

• Пирометаллургический способ имеет очень давнюю историю. Концентрат обжигают и подвергают процессу спекания. Затем цинк восстанавливают с применение угля или кокса. Цинк, полученный этим способом, доводят до чистого состояния с помощью отстаивания.
• При электролитическом способе концентрат цинка обрабатывают с помощью серной кислоты. В результате получается раствор, который подвергают процессу электролиза. Здесь цинк осаждается и его подвергают плавлению в специальных печах.

Области применения

Цинк, как элемент, содержится в достаточном количестве в земной коре и в водных ресурсах.

Цинк так же использует в виде порошка для осуществления ряда химико-технологических процессов.

О том, как снять цинк, вам поведает данное видео:

Подробности Категория: Просмотров: 6071

ЦИНК , Zn, химический элемент II группы периодической системы; атомный вес 65,37, порядковый номер 30. Цинк - тяжелый металл, синевато-серого цвета с сильным металлическим блеском; излом показывает кристаллическое строение гексагональной или ромбической системы. По твердости цинк находится между серебром и медью; его твердость по шкале Мооса (минералогической) 2,5, по Бринеллю 35. Удельный вес 6,9-7,2; плотность жидкого цинка падает от 6,92 (при 419,4°С) до 6,53 (при 918°С); температура плавления 419,4°С; температура кипения 930°С; температура критическая (при 760 мм давления) 920°С; теплота плавления 26,6 cal; удельная теплоемкость (0-300°С) 0,0978 cal; теплопроводность (при 18°С) 0,27 cal/см·сек°С; коэффициент термического расширения 0,283·10 -4 ; электропроводность (при 0°С) 17,4·10 -4 см -1 ·мо; нормальный потенциал (при 25°С) 0,758±0,002 V. Цинк в холодном состоянии ломок. В интервале температур ±100-150°С цинк делается ковким и прокатывается в тонкие листы, при 205°С делается снова хрупким, при 500°С горит ярким синевато-зеленым пламенем; в сухом воздухе цинк не изменяется, во влажном воздухе покрывается пленкой из основного карбоната.

Нагретый на воздухе до 300°С цинк сгорает в ZnO. Раскаленный цинк разлагает водяной пар, образуя также ZnO; сероводород при обыкновенной температуре действует на цинк, образуя на его поверхности защитную корку сульфида цинка. Галоиды действуют на цинк только во влажном состоянии; СО 2 цинк восстанавливает в СО. Измельченный цинк, т. н. цинковая пыль , химически очень активен, легко разлагает воду, что при хранении в сыром помещении при свободном доступе воздуха может повести к самовозгоранию; цинковой пылью широко пользуются в химической промышленности как восстановителем. Цинк мало растворим в кислотах, даже сильных. Присутствие примесей (Fe, Cd, As и Sb) повышает его растворимость; в щелочах цинк мало растворяется, образуя цинкаты и выделяя свободный водород. Цинк легко сплавляется с разными металлами, как медь, серебро, алюминий, висмут, никель , ртуть. Способностью цинка сплавляться с серебром пользуются при обессеребрении свинца по способу Паркеса. Основной рудой для получения цинка является цинковая обманка, сернистый цинк, ZnS; при флотации цинковой обманки получаются цинковые концентраты, тонкость измельчения которых достигает 200 меш. В концентрате содержится в среднем 45% Zn, 30% S, 15% Fe.

Важнейшими цинковыми соединениями, с которыми приходится иметь дело при металлургии цинка, являются: ZnS; ZnCО 3 ; ZnO; ZnSО 4 ; ZnCl 2 . ZnS не плавится и при окислении образует ZnO и ZnSО 4 . При высокой температуре разлагается; при нагревании летуч.

Имеется три способа получения цинка: 1) сухой, или пирометаллургический, 2) электротермический и 3) мокрый, или гидро-электрометаллургический. По первым двум способам основная реакция сводится к восстановлению окиси цинка углеродом и окисью углерода. По третьему способу окись цинка переводится в сульфатный или хлорный раствор, из которого цинк получается или в виде солей или в металлическом состоянии путем электролиза.

Пирометаллургия цинка . Отличительной особенностью пирометаллургии цинка являются следующие два обстоятельства. 1) Температура восстановления цинка (1100°С) лежит выше температуры кипения цинка; в отличие от других металлов, которые получаются при восстановлении в жидком состоянии, цинк получается в парообразном состоянии. 2) Пары цинка легко окисляются воздухом, углекислотой и парами воды, поэтому дистилляция цинка должна производиться в закрытых сосудах в восстановительной атмосфере. Исходным материалом для получения металлического цинка является окись цинка, для получения которой карбонатные и силикатные руды подвергаются кальцинированию, а цинковая обманка - обжигу. Целью кальцинирования является удаление влаги, углекислоты и разрыхление руды. Рудные минералы теряют СО 2 и Н 2 О при 400°С, пустая порода - между 300-800°С. При кальцинировании окисных руд теряется 20-30% от общего веса. Для кальцинации применяются шахтные печи для кусковой руды с содержанием мелочи не более 15- 20% и отражательные печи для мелкой руды. Отражательные печи бывают: 1) с горизонтальным подом, одно- или двухподовые; 2) с наклонным подом, под углом в 18°; 3) вращающиеся цилиндрические печи. Топки к печам: прямые колосниковые и газогенераторные. Для уменьшения стоимости перевозки руды кальцинирование обычно производится на местах добычи руды.

Обжиг цинковой обманки . Цинковые концентраты представляют собой смесь сернистого цинка с различными количествами свинцового блеска и пирита. Кроме того там содержатся кварц, карбонаты кальция и магния, в незначительном количестве сернистые соединения мышьяка, сурьмы, серебра, меди, кадмия. Очень часто цинковая обманка содержит фтор , плавиковый шпат и барит, а иногда киноварь. Основная реакция при процессе обжига ZnS+3О = ZnO+SO 2 (+114,5 cal). Чем мельче зерно, тем скорее обжиг. Температура обжига 800-900°С. При этой температуре полностью разлагается сульфат цинка. При обжиге окись цинка, реагируя с окислами других металлов, может образовать двойные окислы. Потеря веса при обжиге составляет 10-20%. Обжиг производится преимущественно в муфельных печах с механическим перегребанием. За последнее время широкое применение находит обжиг со спеканием на машинах системы Дуайт Ллойд. Обжиг имеет целью перевести сернистый цинк в окись, а получаемые сернистые газы использовать для производства серной кислоты. Из механических печей широкое распространение в Европе нашли круглые печи системы Спирле и Веджа печи.

Обжиг со спеканием . Затруднения при обжиге и восстановлении флотационных концентратов, вызываемые чрезвычайной измельченностью продукта, обусловили введение обжига со спеканием. Процесс обжига со спеканием ведется трояко: а) Концентрат обжигается в механических печах до содержания 9-10% серы, затем подвергается окончательному агломерирующему обжигу (способ Ригга). б) Предварительный обжиг в печах производится до содержания 3-4% серы, затем обожженный концентрат смешивается с 2-3% угля и подвергается окончательному обжигу со спеканием (способ Vieille-Montagne). в) Как предварительный, так и окончательный обжиг производится на спекательных машинах. Обжиг цинковых концентратов во взвешенном состоянии заключается во вдувании флотационных концентратов в печь. Одновременно в печь подается нагретый воздух. В настоящее время этот способ начинает внедряться в промышленность.

Восстановление (дистилляция) . Обожженная цинковая руда имеет сложный состав. Соединения цинка в ней находятся в виде: ZnO, ZnS, ZnSО 4 , ферритов, силикатов и алюминатов Цинковая руда смешивается с углем и подвергается действию высокой температуры, достигающей 1200-1300°С. Восстановление окиси цинка углеродом начинается при 910-920°С и доходит до конца лишь при температуре в 1300°С: ZnO+C = Zn+СО (-56,43 cal); восстановление ZnO окисью углерода начинается при 600°С по реакции: ZnO+COZn+СО 2 (-17,44 cal); восстановление этой окиси водородом начинается при 454°С по реакции: ZnO+H2Zn+Н 2 О; феррит цинка ZnO·Fe 2 О 3 восстанавливается при 1100°С; сернистый цинк при белом калении от 1200°С до 1450°С с углеродом разлагается по реакции: 2ZnS+C = Zn 2 +CS 2 . ZnS разлагается железом и известью при 1250°С. Сульфат цинка ZnSО 4 при нагревании в присутствии углерода разлагается при 528°С по реакции: 2ZnSО 4 +С = 2ZnO+2SО 2 +СО 2 . Присутствие СаО способствует разложению. Температура в печи, необходимая для процесса восстановления, колеблется в пределах от 1400 до 1500°С.

Процесс восстановления ведется в так называемых цинко-дистилляционных ретортных печах. Обожженная цинковая руда в смеси с восстановителем (обычно антрацитовый штыб в количестве 40-50%), иногда с добавкой коксовой мелочи загружается в реторты (фиг. 1, где А, Б, В, Г и Д - различные формы сечений реторт для цинко-дистилляционных печей), устанавливаемые в 1 или несколько рядов по высоте в печь. В Европе распространены преимущественно трехрядные печи, в Америке - многорядные (5, 6, а иногда 8) печи с числом реторт, доходящим до 1000. В зависимости от величины реторт и числа их рядов различают три типа печей: 1) Бельгийские печи, имеющие до 400 реторт, расположенных в 4-7 рядов (в печах Маттисена и Хегелера число реторт доходит до 1000). Топлива расходуется 120-135% от веса руды. 2) Силезские печи с 48-72 ретортами; расход топлива для галмея составляет 140%, для цинковой обманки 180% от веса руды. 3) Рейнские печи с 120-252 ретортами, расположенными в три ряда. Расход топлива 110-135%. Печи отапливаются гл. обр. генераторным газом. По способу подачи газа и воздуха и по движению пламени цинко-дистилляционные печи можно разбить на 3 типа: 1) воздух и газ подаются через отверстия в поду печи под нижним рядом реторт через регенераторы, расположенные под печью; это наиболее распространенный тип печи (например, печь Сименса); 2) воздух и газ подаются через свод печи (печь Дорра, фиг. 2).

Регенераторы составляют продолжение печи; печь Дорра установлена на Беловском заводе (Кузбасс); 3) воздух и газ подаются в головной части печи с зигзагообразным продольным движением пламени (печь Танье, фиг. 3); эта печь установлена на Константиновском заводе (Донбасс). Цинко-дистилляционные печи служат 18-24 месяца.

Для конденсации паров цинка к реторте снаружи печи приставляется конденсатор - глиняная труба в виде усеченного конуса. Температура в конденсаторе д. б. не ниже 450-500°С. Цинк выгребается 3-4 раза в сутки. Выход цинка составляет в среднем 86-89%. Потери цинка (в %) распределяются так: потери на улетучивание 3,3- 5,75, потери в раймовке 5,5-7,00 и потери в ретортах и конденсаторах 2,2-3,25. Шихта д. б. составлена т. о., чтобы раймовка (остатки) была сухой и легко выгружалась из реторт. Жидкая раймовка разрушает стенки реторт и уменьшает выход металла. Для перемешивания шихты применяются механические смесители, например, периодически действующая мешалка Рапса. Перед загрузкой в реторты шихта смачивается (до 10% влаги). Раймовка получается 50-70% от веса шихты с содержанием цинка в 5-7%. Раймовка часто содержит свинец и серебро и подвергается переработке (по преимуществу вельц-процессом), как свинцовая руда. Раймовка загружается в вращающуюся цилиндрическую печь. При температуре 1200°С происходит восстановление ZnO и Рb при одновременном их окислении. Получаемые окислы металлов улавливаются в пылеуловителях. Сырой цинк содержит 98-98,5% Zn; 1-1,5% Рb; 0,3-0,4% Fe. При дистилляции цинка в ретортных печах в процессе конденсации часть цинка получается в виде цинковой пыли (пуссьеры). Получение цинковой пуссьеры объясняется образованием пленки ZnO, которая обволакивает мельчайшие капельки цинка, препятствуя их слиянию. Влага и воздух, попадающие в реторты вместе с шихтой, способствуют окислению цинка и образованию пуссьеры. Для улавливания пуссьеры на конденсаторы надеваются металлические алонжи, изготовляемые из жести (фиг. 4). Количество цинка, улавливаемое в алонжах в виде пыли, составляет 2,2- 2,5% от веса загружаемого цинка.

Рафинирование цинка . Сырой цинк в том виде, в каком он выгребается из конденсаторов, содержит значительное количество примесей, гл. обр. свинец и железо . Для удаления свинца и железа цинк переплавляется при низких температурах в отражательной печи емкостью 20-150 тонн при восстановительной атмосфере. Свинец отделяется ликвацией до содержания, определяемого растворимостью его в цинке при данной температуре. Отделяющийся при этой операции свинец увлекает за собой часть цинка, так что на дне ванны получаются богатые свинцовые сплавы, содержащие 5-6% Zn, до 0,12% Fe и 0,03% Cd. Железо концентрируется в виде сплава с цинком тонким слоем, покрывающим нижележащий свинец. Этот железистый продукт носит название твердого цинка и содержит 5-6% Fe. После 24- или 36-часовой выдержки вычерпывается треть металла и печь догружается свежим материалом. Расход топлива составляет 8-10% от веса рафинированного цинка. Количество шлака составляет 1,25% от веса цинка.

Редистилляция (вторичная перегонка) цинка применяется для получения высокосортного цинка, т. к. зейгерованием удается получить цинк, годный лишь для прокатки, а иногда для торговых сортов латуни . Для редистилляции могут служить обыкновенные трех- или четырехрядные печи. Ретортам придают наклон спереди назад. Конденсаторы не отличаются от обыкновенных. Редистиллированный цинк содержит 0,1% Рb; 0,01% Fe; 0,04% Cd; 99,85% Zn. Выход цинка составляет 88%, остальное - полупродукты и потери. Заслуживает внимания редистилляция по способу Митке при вакууме в электротермических печах с поверхностным испарением металла.

Электротермический способ получения цинка . Цинковые концентраты обжигают, смешивают с углем и флюсами и смесь подвергают нагреву в специальных печах электрическим током. Восстановление окиси цинка протекает очень быстро, т. ч. СО 2 не успевает полностью восстановиться в СО. Высокое содержание СО 2 в газовой смеси способствует образованию значительного количества пыли (до 50% всего цинка). Существуют следующие способы конденсации: 1) конденсация всего цинка в жидкий металл (прямая конденсация); 2) конденсация всего цинка в виде пыли и дальнейшая ее переработка; 3) конденсация части цинка в жидкий металл и другой части - в виде окиси (наиболее распространенный способ). Для процесса применяются дуговые печи и печи сопротивления. Загрузка бывает периодическая и непрерывная. Процесс ведется или насухо или с расплавлением шихты. Исходным материалом для электротермического способа являются окисные или обожженные руды (восстановительная плавка). Можно также переработать и сернистые руды (реакционная плавка).

Гидрометаллургия и электроосаждение цинка . При сухом способе переработки цинковых концентратов с высоким содержанием свинца, меди и благородных металлов извлечение этих металлов (при дальнейшей обработке цинковой раймовки) не превышает 60-70%. Электролитный же процесс обеспечивает почти полный переход свинца, меди и благородных металлов в кэки (остатки). Обработка кэков и извлечение из них металлов проще и обходятся дешевле, нежели обработка раймовки. В настоящее время гидрометаллургический способ вытесняет старый способ, т. к. при первом получается цинк высокой чистоты. Гидро-электрометаллургический способ получения цинка состоит из нескольких операций. Обжиг . Цель обжига - удаление серы и окисление цинка при минимальном образовании ферритов и силикатов. Для уменьшения расхода серной кислоты желателен перевод при обжиге части цинка в сульфатное состояние. Температура обжига 550-650°С. В обожженном продукте остается 3-5% серы, из которой 0,5% сульфидной. Обжиг обыкновенно производится в стандартных многоподовых печах Веджа с подогревом. Расход топлива составляет 5-10% от веса концентратов.

Выщелачивание . Цель выщелачивания - перевести все окислы и сульфаты цинка, содержащиеся в обожженном продукте, в сернокислый раствор. Вместе с цинком при этом частично растворяются Fe, As, Sb, Si, Al, Cu, Cd и др. Так как цинк более электроположителен, чем As, Sb, Си, Cd, Со, Ni, Fe, Мn, все перечисленные элементы д. б. удалены из электролита. Большая часть примесей осаждается в процессе выщелачивания при нейтрализации раствора. Существуют два способа выщелачивания: простое и двойное выщелачивание. При первом способе обожженный материал постепенно добавляется в отработанный электролит до получения раствора, содержащего 0,3-0,5% H2SО 4 . При добавлении молотого известняка из нейтрализованного раствора осаждаются: Fe, Si, Al, As, Sb. Двойное выщелачивание состоит из двух операций: первого - нейтрального и второго - кислого выщелачивания. В осветленный раствор после кислого выщелачивания, смешанный с отработанным электролитом, добавляется обожженный продукт до полной нейтрализации кислоты. К раствору, идущему на нейтральное выщелачивание, прибавляются все фильтраты и промывные воды, кислотность которых составляет от 0,3 до 0,5% H2SО 4 . Общая кислотность раствора колеблется между 3 и 4% H2SО 4 . Выщелачивание происходит в пневматических мешалках типа Пачука, расположенных серийно, по 7 шт. в серии. При нейтрализации раствора осаждается железо, которое увлекает часть As и Sb и около 60% Сu. Нейтральная пульпа из чанов поступает в классификатор Дорра для отделения песков от мелких частиц шламов; последние поступают в уплотнитель Дорра, где происходит отделение сгущенного осадка от осветленной пульпы, идущей на очистку, а затем на электролиз. Пески поступают на кислое выщелачивание. Отношение в песках жидкого к твердому равно 3; в шламах 35-40. Осветленная пульпа после сгустителя содержит 2-3 г твердого на 1 л. Сгущенная пульпа содержит 20-25% твердого. При этом выщелачивании извлекается 50-60% цинка. Средняя температура процессов при выщелачивании 45°С. Сгущенная пульпа от нейтрального выщелачивания поступает с помощью насосов Дорка на кислое выщелачивание во вторую серию чанов Пачука. Сюда же поступает отработанный электролит. Пульпа от кислого выщелачивания поступает во второй уплотнитель Дорра, где получается уплотненная пульпа, идущая на фильтр, и осветленный раствор, поступающий в нейтральное выщелачивание. Уплотненная пульпа промывается водой и поступает на второй фильтр. Твердые кэки высушиваются и поступают на свинцовый завод. Отработанный электролит содержит 9-11,5% H2SО 4 и 2,5% Zn; осветленный раствор кислого выщелачивания содержит 0,5% H2SО 4 и 10,0% Zn. До нейтрального выщелачивания прибавлением МnO 2 переводят сульфат закиси железа в сульфат окиси. При добавлении обожженного материала сульфат окиси переходит в гидроокись железа, нерастворимую в нейтральном или слабощелочном растворе и образующую с As и Sb нерастворимые соли.

Очистка раствора (пурификация) . Осветленный нейтральный раствор содержит 40-60% меди, имевшейся в обожженной руде, почти весь Cd, а также Ni, Со, As, Sb. Удаление СU и Cd производится прибавлением в раствор цинковой пыли (2-5% от веса полученного цинка). При перемешивании в механических агитаторах происходит осаждение Сu и Cd. Длительность перемешивания 2,5-4 ч. Смесь из агитатора выпускается в сгуститель Дорра, где металлические шламы уплотняются. Слив и уплотненная пульпа поступают на фильтры. Слив содержит 3-4 г твердого на 1 л; сгущенная пульпа 40-50% твердого. При этом кэки перерабатываются на кадмий и медь. As, Ni и Со при прибавлении цинковой пыли полностью осаждаются из нагретого раствора (85°С), содержащего достаточное количество сульфата меди. Кроме того, Со м. б. осажден вместе о железом, для чего необходимо предварительно при помощи озонированного воздуха перевести CoSО 4 в Co 2 (SО 4) 3 . Аналогичным образом освобождается раствор от никеля. Для удаления хлоридов применяется сернокислое серебро. При выщелачивании и очистке применяются уплотнители Дорра, агитаторы Дорра, чаны Пачука. Для фильтрования сгущенных пульп применяют вакуум-фильтры, для осветленных растворов - фильтрпрессы.

Электролиз . Напряжение, необходимое для разложения сернокислого раствора цинка, доходит до 3,5 V в зависимости от сопротивления электролита и электродов. Сопротивление электролита уменьшается с увеличением концентрации раствора цинка, кислотности и температуры. С другой стороны, увеличение кислотности и температуры электролита вызывает повышенную коррозию катодного цинка. Анодами служат свинцовые листы, катодами - алюминиевые. Образование пленки перекиси свинца и марганца на анодах и выделение водорода на катодах увеличивают сопротивление электродов. Выделение водорода на катоде происходит в том случае, если раствор цинка сильно разбавлен или циркуляция раствора недостаточно интенсивна. Плотность тока не превышает 270 А на 1 м 2 при 6-8% концентрации цинкового электролита. При электролизе цинка часто наблюдаются явления получения губчатого или ветвистого осадка и растворения катодного цинка. Получение древовидных осадков является причиной коротких замыканий. Эти ненормальные отложения являются следствием неравномерного распределения тока на катодах. Прибавление коллоида способствует образованию плотного катодного осадка. Объясняется это тем, что коллоиды, будучи плохими проводниками, препятствуют образованию ветвистых кристаллов в тех местах, где плотность тока делается преувеличенной. Присутствие элементов, даже в минимальной пропорции, более электроотрицательных, чем цинк, как то: Сu, Со, Ni, As, Sb, способствует растворению катодного цинка. Кобальт - наиболее вредная примесь. Нескольких мг этого элемента на 1 л электролита достаточно, чтобы вызвать растворение катодного цинка. Присутствие коллоидов несколько парализует его действие. Никель действует аналогично кобальту. Однако он редко встречается в значительных количествах в цинковых рудах. Мышьяк и сурьма способствуют растворению катодного цинка и вызывают образование черного шероховатого осадка. Из этих двух элементов наиболее вредна сурьма. Содержание примесей в электролите не должно превышать следующих пределов (в мг/л): 350 Мn, 50 Сl, 30 Fe, 12 Cd, 10 Сu; Со, Ni, As и Sb по 1. Электролиз производится в ваннах из дерева, выложенных свинцом, или железобетонных, выложенных изнутри слоем толщиной в 25 мм из смеси серы (30%) и песка (70%). Ванны располагаются каскадами для возможности циркуляции раствора; свинцовые аноды и алюминиевые катоды подвешиваются параллельно на расстоянии 5 см друг от друга. Поверхность анода делается меньше поверхности катода для предупреждения образования нитевидных осаждений на катоде, которые могут явиться причиной коротких замыканий. Плотность тока 250-350 А на 1 м 2 . Катоды вынимаются каждые 48 ч. Вес пластинки цинка 7-9 кг. Аноды вынимают каждые 2 месяца для очистки с них осадка МnO 2 и РbO 2 . Температура ванны в 50°С поддерживается змеевиками, через которые протекает вода. Напряжение в ванне 3,2-3,8 V. Каждые 2 ч. на каждую тонну отлагаемого металла прибавляется 28-42 г желатины. Расход энергии на 1 тонну цинка на электролиз 3600 kWh и прочие нужды 400 kWh.

Плавка катодного цинка производится в отражательных печах производительностью в 100-125 т в сутки. Размеры печи: 7,2х5,4х х2,4 м. Глубина ванны 900 мм. Атмосфера в печи восстановительная. Расход топлива 5-6% от веса переплавленного цинка. При плавке образуется 5% шлаков. Потеря цинка при переплавке составляет 0,3%. Состав электролитного цинка следующий: 99,95% Zn; 0,02-0,05% Pb; 0,02% Cd; 0,01% Fe.

Способом Тентона возможно выгодно перерабатывать руды, содержащие много железа. Обжиг ведется при более высокой температуре, чем обычный обжиг, но не превышающей 820°С. Обожженный продукт разделяется на магнитную часть, содержащую ферриты, и немагнитную, называемую «окисью». В чанах, наполненных отработанным электролитом, содержащим около 28% H2SО 4 , кислота сначала нейтрализуется продуктом, богатым ферритами, в количестве, соответствующем половине всей нагрузки. При нейтрализации кислоты этим обожженным продуктом пульпа нагревается до температуры кипения. Т. к. для коагуляции кремнезема нужно, чтобы пульпа была нагрета до окончания реакций, раствор до прибавления обожженного материала подогревается до 60°С. После того как большая часть кислоты нейтрализована, добавляется немагнитный продукт. Конечная пульпа остается слегка кислой. После выщелачивания пульпа направляется непосредственно на фильтр-пресс Бурта. Использование для электролиза цинковых растворов большой кислотности, а также применение тока большой плотности позволяют не так тщательно очищать раствор, как это имеет место при общеупотребительных методах. Очистка производится цинковым порошком. Изменение, введенное Тентоном для электролиза, заключается в применении тока большой плотности. Разность потенциалов в каждой ванне составляет 3,6 V при электролите, содержащем 28% кислоты, и при плотности тока в 1100 А/м 2 . Циркуляция раствора при такой плотности тока очень быстрая. Температура электролита на практике держится между 24 и 37°С. Для получения гладкого и компактного отложения цинка прибавляется в электролит желатин в количестве 1,5 кг на 1 тонну Zn.

Электролиз солянокислого раствора применяется на единичных установках для извлечения цинка из цинкоколчеданных огарков сернокислотного производства (способ Гепфнера). Огарки подвергаются хлорирующему обжигу при низкой температуре (600°С). Обожженный продукт обрабатывается водой. Раствор подогревается и обрабатывается хлорной и углекислой известью, чтобы осадить железо и марганец . Осаждение меди, свинца, мышьяка и др. производится с помощью цинковой пыли. Аноды - угольные, катоды - вращающиеся цинковые диски диаметром 140 мм. Аноды и катоды отделены диафрагмами. Электролит содержит 0,08-0,12% свободной НСl. Плотность тока 100 А /м 2 . Напряжение 3,3-3,8 V.

Применение цинка . Металлический цинк и его соединения находят широкое применение в ряде отраслей промышленности. Самое большое количество цинка расходуется на оцинкование железа для предохранения последнего от коррозии. Следующая область, в которой находит применение цинк, - это сплавы. Цинк сплавляется с медью, серебром, золотом, алюминием, висмутом, никелем, ртутью. Сплавы цинка с медью дают латуни при невысоком содержании меди, томпаки , хризокалы - при высоком. Zn+Сu+Аl образуют алюминиевые бронзы, Zn+Cu+Sn+Sb - баббиты, Zn+Au+Ag - сплавы, легшие в основу обессеребрения свинца по способу Паркеса, Zn+Hg - твердую, хрупкую амальгаму. Значительное количество металла идет на изготовление рольного цинка, применяемого для покрытия кровель, в банно-прачечном деле и т. д. Цинковый порошок (пуссьера) применяется для цементации золота и серебра из циановых растворов, меди и кадмия - из сернокислых растворов при гидрометаллургическом способе производства цинка, для шерардизации и т. д. В лакокрасочной промышленности цинк и его производные идут на изготовление цинковых белил и литопона. Хлористый цинк является противогнилостным средством и применяется для пропитки шпал, телеграфных столбов и вообще деревянных частей, подверженных гниению. Окись цинка находит также применение в резиновом производстве при приготовлении линолеума, стекла, керамиковых изделий, для получения ряда химических и медицинских препаратов.

Производство цинка в дореволюционной России было представлено цинко-дистилляционным заводом во Владикавказе. Алагирский завод во Владикавказе за первое пятилетие был реконструирован и его мощность доведена до 6000 тонн цинка в год. Кроме того за первое пятилетие построены, введены в эксплуатацию и полностью освоены два новых цинко-дистилляционных завода: в Константиновне (Донбасс) и в Белове (Кузбасс) мощностью по 12000 тонн цинка в год каждый. Константиновский завод предположено питать цинковыми концентратами, привозимыми с Приморья (Тетюхе). Беловский завод имеет собственную вблизи расположенную сырьевую базу - Салаирское месторождение. Наряду с этим за первое пятилетие начались строительством два электролитных цинковых завода: один в городе Орджоникидзе (б. Владикавказ), другой в Челябинске, производительностью каждый в 20000 тонн цинка в год. Орджоникидзенский завод введен в эксплуатацию в конце 1933 г. - в начале 1934 г., а Челябинский вводится в половине 1934 г. Т. о. в 1934 г. общая продукция составит: 30000 тонн дистилляционного, 40000 тонн электролитного цинка. Дальнейшее строительство цинковых заводов во втором пятилетии намечается: на базе алтайских концентратов цинкоэлектролитный завод на 50000 тонн на Риддере и Кемеровский завод (Кузбасс) на такую же мощность. На базе Нерчинских цинкосвинцовых месторождений можно развить цинковое производство до 40000 тонн цинка в год с расположением завода в Черемхове и на базе полиметаллических месторождений южного Казахстана (Кара-Тау) и Средней Азии (Кара-Мазар) - строительство цинкового предприятия мощностью 40-50 тыс. тонн.