Цинк

Человек использует цинк с глубокой древности; первые сведенья о цинке относятся к  V в до н.э. Первоначально его получали в виде сплава с медью- латуни, выплавку которой  проводили в Индии, Китае и других странах Древнего востока Получение металлического цинка длительное время затруднялось по причине высокой его химической активности и летучести. В Европе металлический цинк был в первые получен  в конце XVIII в. В настоящее время по производству и потреблению цинк занимает одно из ведущих мест среди цветных металлов.  

Цинк севетло-серый  металл с синеваты оттенком. В периодической системе элементов Д.И. Менделеева он размещается во II группе  4-го периода под номером 30 . Атомная масса цинка 65,37. Температура  плавления и кипения цинка соответственно равна 419,5 и 907 С . Упругость паров цинка чрезвычайно высока - он заметно улетучивается уже при 500-600 С . Этим свойством он характерно отличается от остальных тяжелых металлов. В обычных условиях цинк хрупкий и твердый металл с плотностью 7.13 г/см3. При температуре плавления его плотность уменьшается до 6,57 г/ см3. При нагреве до100-150 С  цинк становится очень пластичным; выше 200С он вновь становится хрупким и  его можно легко истолочь в порошок. Цинк обладает высоким сродством к кислороду. Однако при нормальных условиях он отличается высокой коррозионной стойкостью. Сухой воздух при комнатной температуре на цинк не действует, но при наличие в нем паров воды и углекислого газа металл покрывается тонкой и очень плотной пленкой  которая практически полностью прекращает процесс его дальнейшего окисления. Это свойства цинка широко используется в технике для нанесения антикоррозионных покрытий (цинкование), главным образом на железные изделия. Продукт окисления цинка - оксид ZnO -  трудно восстановим. Его  восстановление до металла возможно при температуре  1000 С в атмосфере, практически полностью состоящий  из СО. Температура плавления ZnO около 2000С . Важное практическое значение для металлургии цинка имеет также  его сульфид ZnS, плавящийся при 1775С. Таким образом два важнейших соединения - сульфид и оксид цинка -  являются очень тугоплавкими соединениями.  

В разбавленных кислотах цинк растворяется с выделением водорода и  образованием соответствующих солей .Щелочи растворяют цинк с образованием цинкатов, например Na2ZnO2. Являясь ярко выраженным электроотрицательным металлом (E0=-0,763 B) цинк вытесняет из растворов медь, никель, кобальт, свинец, олово и благородные металлы. Это свойство цинка широко используют в металлургической практики для цементационного выделения многих металлов из промышленных растворов. Со многими металломи цинк образует ряд промышленно важных сплавов. Хорошие литейные свойства многих сплавов на основе цинка позволяют методами литья под давлением получать изделия сложнейшей формы с хорошими механическими характеристиками и высококачественной поверхностью. Такие изделия широко используют во многих отраслях народного хозяйства и спрос на них непрерывно растет. Кроме литейных сплавов цинк входит в состав хорошо известных сплавов - латуней, бронз и др.      

Белый по цвету порошок оксида цинка находит применение в производстве красителей (цинковые белила ), как наполнитель некоторых сортов резины, а также входит  в состав многих медикаментов и парфюмерных изделий. Ниже приведено примерное распределение цинка по основным областям применения в промышленно развитых странах, %   Цинкование (25-40), Литейные сплавы (25- 40), латуни и бронзы (10-30), Цинковый прокат (5 -10),оксид цинка (3-10), прочие потребности (3 -8).     

 

 

 

Получение цинка

 

Для переработки цинковых концентратов в настоящие время применяют в основном технологические схемы, в основе которых лежат гидрометаллургические процессы. По гидрометаллургическим технологиям за рубежом получают  80% от общего выпуска цинка, а в нашей стране 90%.Доля цинка выпускаемого пирометаллургическим способом, из года в год сокращается. Все новые цинковые заводы построены и будут строится на основе гидрометаллургической технологии.  

 

Гидрометаллургический способ получения цинка был впервые применен в промышленном масштабе в 1915 г. Одновременно в Канаде и США. Широкому распространению гидрометаллургических технологий способствовали ее значительные преимущества по сравнению с пиромеллургией, а  именно большие возможности полно и комплексно перерабатывать исходное сырье и рентабельность при приработке бедного сырья; использования удобного вида энергии - электричества; меньше удельные затраты на производство; лучшие условия труда и экологическая обстановка; больше возможности для механизации и автоматизации; получение цинка более высокого качества. В основу гидрометаллургической технологии заложено выщелачивание оксида цинка предварительно обожженного  концентрата разбавленной серной кислотой:        

 

Цинк из сернокислого раствора выделяют путем электрического осаждения на катоде. На аноде при этом регенерируется серная кислота,  что позволяет использовать отработанный электролит в качестве растворителя при выщелачивании огарка. 

 

Так как при выщелачивании в раствор переходят многие сопутствующие цинку элементы-примеси  (Cu, Cd, Co, Fe, и др.), то пред электролизом растворы необходимо подвергать тщательной очистки . Чем более чистым будет поступать на электролиз раствор, тем более высокого качества может быть получен товарный цинк. Кек - нерастворимый остаток после выщелачивания подвергают обязательно дополнительно переработки. 

В основе пирометаллургических методов получения цинка лежит процесс восстановления его из оксида из оксида при 1000 - 1100 С, т.е. при температурах выше точки кипения  металлического цинка, что обеспечивает выделение  цинка в момент его образования в парообразном состоянии и, следовательно, его возгонку (дистилляцию ) в виде паров. По этой причине пирометаллургические процессы получения цинка часто называют дистилляционными или просто дистилляцией. Пары цинка в дальнейшем конденсируется. Получение цинка в жидком состоянии при дистилляции возможно только в условиях сильно восстановленной атмосферы и полной герметизации применяемой аппаратуры и из оксидного материала, По этой причине дистилляции всегда предшествует полный окислительный обжог сульфидного концентрата. Для предания шихте дистилляции пористости, способствующей интенсификации процессов восстановления цинка, обжег проводят со спеканием.                    

Цинковая руда

Основным источником получения цинка являются сульфидные полиметаллические, медно - свинцовые, свинцово - цинковые и медно - цинковые руды.

В сульфидных рудах цинк обычно присутствует в  форме сфалерита или  вуртцита,  состав которых отвечает формуле ZnS; различия их сводится к различным типам кристаллических решеток. Практическое значение имеет минерал марматит ZnS*FeS. Спутниками цинка в полиметаллических рудах является минералы и элементы. Можно сказать что цинк извлекают из тех же руд, что и свинец, Окисленные цинковые руды имеют настоящие время подчиненное значение.   

В сульфидах полиметаллических рудах содержание цинка обычно составляет от 1 до 3%. Эти руды, как уже отмечалось выше, имеют исключительно сложный состав что обусловливает необходимость их предварительного селективного флотационного обогащения   с выделением цинка  в самостоятельный концентрат.

Цинковые концентраты содержат, % Zn 48-60; Pb1,5-2,5; Cu до 1-3; Cd до 0,5; Fe 3-10;  S 30-38; пустой породы до 10. Они представляют собой комплексное, дорогостоящее сырье. Из цинковых концентратов помимо основного металла, необходимо извлекать  Pb, Cu, Cd, Ag, Au, Hg, Ga, In, Tl, Se, Te,  а также использовать содержащуюся в них в больших количествах серу. Иногда при обогащении труднообогатимых медно - цинковых руд получают промежуточные продукты - концентраты, содержащие 12- 18% Zn и 4- 8 % Cu. Переработка таких материалов затруднена как на цинковых та на медных  предприятиях. В дореволюционное время работал только один не большой цинковый завод на Северном Кавказе. С 1929 г., когда был пущен цинковый завод на Украине «Укрцинк», началось интенсивное развитие отечественной цинковой промышленности. Сейчас производство цинка является крупномасштабной отраслью металлургической промышленности. Основными  цинк - производящими  регионами являются Казахстан, Урал, Средняя Азия и Северный Кавказ. В зарубежных странах производство цинка в наибольших количествах организовано в Японии, США, Канаде, ФРГ, Австралии, Бельгии и Франции.

                                                 

© 2007 ООО Металл
Создание, веб дизайн, поддержка сайтов megagroup.ru