Цинк

Цинк Zn(Zincum)

Цинк и магний широко применяются в промышленности в составе сплавов, отличающихся различными техническими характеристиками. Комбинация металлов с дополнительными компонентами позволяет создавать уникальные материалы, обладающие заданными физическими параметрами.

Использование в производстве

Производство цинка из полиметаллических руд является достаточно сложной технологической процедурой, результатом которой является получение высококачественного электролитного цинка чистоты 99,95%. Цинк применяется для успешного решения различных задач:

• Цинкование металлических поверхностей;
• Очистка серебра или золота в процессе добычи;
• Антисептик в медицине;
• Изготовление люминофоров;
• Производство резиновых шин;
• Производство металлических сплавов;
• Изготовление масляных красок.

Категории раздела цинк:

• Цинковые
  аноды
  Ц0. Ц1
• ЛИТЕЙНЫЙ ЦИНКОВЫЙ СПЛАВ ЦАМ4-1

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ЦЕНА НА ЦИНК И МАГНИЙ ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ПОСТАВКИ (КОЛИЧЕСТВА, УСЛОВИЙ ОПЛАТЫ, ДОСТАВКИ), ДАННЫЙ ПРАЙС-ЛИСТ НОСИТ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИНФОРМАЦИОННЫЙ ХАРАКТЕР!

Описание цинка 

Цинк упоминается как химический элемент в трудах Теофраста Парацельса. Он впервые дал подробное описание синевато-белого металла, он назвал его по латыни «zincum». Европейцы нашли для цинка созвучное наименование «zinken», что в переводе с немецкого означает «зубец». Структурные зерна металла напоминают мелкие острые зубы рыб.

Нахождение в природе

Среднее содержание цинка в земной коре небольшое, около 8х10^-3 от общего веса. В поверхностных твердых породах магматического происхождения цинка больше, чем в почве, воде. Существует металл в виде стабильных изотопов, их более 20-ти. Самые распространенные:

• Zn с 64 нейтронами составляет 48,6% от общего объема цинковых модификаций;
• Zn с 66 нейтронами не радиоактивный, он занимает 26,9%;
• Zn с 67 нейтронами редко встречается в минералах, его 4,1%.

Среди радиоактивных изотопов цинка промышленное значение имеет Zn65 с 244-х суточным периодом полураспада. Металл содержится в термальных, подземных и минеральных источниках, в открытых водоемах. Переходит в твердую фазу, осаждается в виде соединений с серой, водой, кислородом. Это минералы, подлежащие переработке.

Цинк присутствует в органических соединениях, он – обязательный компонент биосферы. Цинк относится к эссенциальным микроэлементам человека, он участвует в белковом обмене, при синтезе нуклеиновых кислот. Необходим для регенерации клеток дермы, слизистых тканей. В клетках животных, растений содержится до 5х10^-4% этого металла.

Учеными описано 66 природных минералов, в состав которых в большом объеме входит цинк. В виде самородков металл в природе не встречается.

Для промышленной добычи используют сфалерит. Это сульфид, имеющий формулу ZnS. За счет примесей минерал способен менять окраску, второе название ископаемого минерала – обманка цинковая. В горах Алтая он встречается с полосными вкраплениями буры, такой минерал называют «бурундучьей рудой» за характерный окрас на изломе.

Сфалерит цинка считают исходным природным компонентом, из которого под воздействием климатических факторов образовались другие минералы:

• смитсонит или карбонат цинка ZnCO3;
• каламин или гемиморфит – цинковый шпат голубоватого цвета, имеющий формулу 2ZnO*SiO2*Н2O;
• цинкит ZnO;
• виллемит – силикат, содержащий цинк;
• франклинит, минерал, содержащий цинк в связанной с железом форме (ZnFe2O4);
• галмей – Zn4*H2O.

Есть и другие разновидности минералов с высоким содержанием цинка, все они используются в металлургическом производстве.

История происхождения

Бытовые предметы из латуни, найденные в Палестине, датируются ХVI веком до нашей эры. В те годы люди умели получать медные сплавы, содержащие до 23% цинка. В Дакийских доисторических развалинах Трансильвании найден уникальный отлитый древний идол, на 87% состоящий из цинка. В первом веке до нашей эры европейцы знали этот металл, умели с ним обращаться.

Повторно металлы с цинком стали использовать для изготовления посуды, украшений с VII века. Сплавы, называемые тутией или фальшивым серебром, производились в большом объеме в Древней Греции, Египте, Индии. Потом они стали популярны в Китае, других странах Востока.

Цинковые монеты были в ходу все время правления династии Минь. Первый император пришел к власти в 1368, последний погребен в 1644 году. С 1605 года тутию Восточно-Индийская Компания импортировала в страны Запада.

Чистый цинк научились получать европейцы. Легкоплавкий металл никак не удавалось выплавить в обычных металлургических печах. Минералы, как руду других металлов, обжигали под шапкой измельченного угля. При 906°C цинк вскипал, активно насыщался кислородом, снова превращался в оксид. Необходимо было искать новые технологии.

В промышленных объемах металл стал появляться только ХVIII веке.

Промышленность

Несколько исторических фактов, связанных с развитием цинкового производства:

Англия, 1738 год. Уильям Чемпион впервые получил цинк с небольшими примесями дистилляционным методом. Ему удалось уловить пары цинка в лабораторных условиях. Он запатентовал технологию, стал разрабатывать промышленную установку, подобную лабораторной. Через пять лет под его руководством был построен первый завод, цинк стали производить в больших объемах в городе Бристоле.

Германия, 1746 год. Знаменитый химик того времени Андреас Сигизмунд Маргграф разработал и запатентовал метод получения чистого цинка по безвоздушной технологии. Он занимался прокаливанием цинкита (ZnO) с измельченным углем в закрытых огнеупорных емкостях, куда не поступал кислород. При конденсации паров цинк уже не превращался в окисел. Он в чистом виде оседал на стенках холодильника. Маргграфу удалось получить металл с небольшим количеством примесей. Технология постепенно совершенствовалась, но оставалась энергоемкой.

Англия, Восточный Йоркшир, 1805 год. Химик по образованию, Чарльз Сильвестр, занимался гальванизацией, защитой стали путем нанесения нейтральных металлов. Он обратил на способность цинка противостоять коррозии. В молекулярном виде металл хорошо сцеплялся с углеродистой сталью. Английский химик изобрел способ горячей прокатки тонких листов цинка, их стали использовать как финишное покрытие металлоизделий. Литую цинковую заготовку подвергали деформации при температуре 100—150°C. Пластичный цинк начали вытягивать, штамповать. Делали из металла готовые изделия фабричным способом.

Осетия, 1905 год. На серебряно-свинцовом заводе «Алагир» выпущена первая тонна цинка. В России начали искать новые месторождения цинковой обманки. Стали появляться цинкоделательные фабрики.

Канада, 1915 год. Открыто первое предприятие по электролитическому производству чистейшего цинка.

Затем подобные заводы стали появляться на территории США, в Европе, России.

Разработанные месторождения

Породу для промышленного производства цинка добывают в 50 странах. Лидирующие позиции занимает Канада, на ее долю приходится более 16% мирового объема голубоватого металла. Второе место делят Китай и Австралия, в каждой из стран добывается порядка 13% цинкосодержащих минералов, общая доля этих стран 26,6%. С небольшим отставанием в рейтинге находятся Перу и США (по 10% мировых запасов этого металла, в сумме 20%). Замыкает список лидеров Ирландия, там добывают около 3% мирового объема цинка. Встречается залежи цинковых минералов на Рудном Алтае (разработки ведутся на территории Россия и Восточного Казахстана, это самое крупное месторождение на континенте Евразия). В Азербайджане, Узбекистане (Алмалык), Южной Сибири, Урале добывают порядка 2,5% мировых запасов.

Производство

Черновой цинк до сих пор получают методом углеродного рафинирования в закрытых ретортах без доступа воздуха. Процесс не такой энергоемкий, как доменный обжиг руды. Технология описывается химическим управлением: 2ZnO + C = 2Zn + CО2. Ранее использовали ряды горизонтальных реторт, они работали в переменном режиме. Затем их заменили вертикальными непрерывного действия с электрическим подогревом. Осаждают пары цинка расплавленным свинцом.

Из полиметаллических руд как сопутствующий компонент цинк получают путем обогащения руды на флотационных машинах до 50–60% концентрации. Zn входит в состав руды, используемой для выплавки свинца (Pb), меди (Cu), кадмия (Cd). Вместе с цинком из медной руды добывают золото (Au), серебро (Ag), а также халькогены индий (In), теллур (Tl), галлий (Ga), германий (Ge).

Селективной флотацией обогащают пиритную руду, медный колчедан, свинцовую крупчатку. Диоксид серы, выделяющийся при обжиге концентратов, это ангидрид Н2SО4, он поступает в дальнейшую переработку. В атмосфере способен вызвать кислотные дожди, поэтому его необходимо улавливать.

Оксид цинка восстанавливают двумя методами:

• углеродного рафинирования (технология описана выше);
• отстаиванием жидкого расплава для выделения сопутствующих металлов в осадок.
• В промышленности используют обе технологии, многое зависит от используемого сырья.

Физические и химические характеристики

Цинк представляет собой твердую структуру с узловой решеткой, свойственной металлам, с подвижными электронами. Примеси повышают хрупкость цинка. На воздухе металл тускнеет за счет образования оксидной или карбонатной пленки. При температуре кипения воды цинк обретает пластичность, поддается механической обработке. Хорошо протягивается, прокатывается при +200°С. Температура плавления цинка +419, 6°С, вскипания – +906,2°С. Металлический цинк образует гексагональную решетку, кристаллиты имеют игольчатую структуру.

Он относится к амфотерным металлам, реагирует с кислотами и щелочами. Способен терять с крайней орбиты всего два электрона, характеризуется постоянной валентностью +2. Относится к металлам средней активности. Цинк взаимодействует:

• с серой, образует сульфид;
• хлором, фтором, другими галогенами только при высокой влажности;
• фосфором, образует фосфид;
• кислородом, реакция протекает бурно при нагревании, металл вспыхивает голубоватым пламенем;
• водой только при высокой температуре, образует оксид (реакция протекает с восстановлением водорода);
• активными бескислородными и кислородными кислотами: серной, азотной, соляной;
• щелочами, образует сложные малоподвижные гидраты, способные кристаллизоваться;
• аммиачными растворами, образует нитриды и комплексные гидроксиды с аммониевой группой;

Цинк восстанавливается из оксида методом возгонки при взаимодействии с углеродом, закисью углерода (СО), водородом. В водных растворах ионы цинка образуют подвижные комплексы с молекулами воды. Металл вытесняет из солей и оксидов элементы, стоящие правее в ряду напряжения, из растворов оксидов и солей путем замещения.

Пагубное воздействие соединений цинка

Токсичностью обладают все соли цинка, это необходимо учитывать при пользовании металлоизделиями с защитными цинковыми покрытиями. Металл малоактивен к воде при комнатной температуре, но его активность повышается при кипячении. Нежелателен контакт оцинковки с пищевыми кислотами и щелочами, образуются сульфаты, хлориды, токсичные в избыточной концентрации. Для продуктов контейнеры, ведра, другая посуда с цинковым покрытием в несколько микрон не пригодна.

Отравление сульфатами приводит к расстройству половой функции, способности к воспроизведению. При сварке оцинкованного проката необходимо защищать органы дыхания, глаза от паров цинка. Оксид в большом количестве вызывает поражение печени, почек, нарушает обмен веществ. Используя в быту цинк, необходимо соблюдать меры безопасности. Чтобы не причинить вреда здоровью.

Сфера применения

В настоящее время по востребованности цинк занимает третье место среди цветных металлов: алюминия и меди. Почти 50% всего производимого в мировом масштабе цинка используется для оцинкования металлопроката и металлоизделий тремя способами:

По горячей технологии, цинк нагревают до 400–450°С, до температуры испарения. Наносят на протравленные поверхности слоем от 20 до 40 микрон в зависимости от толщины проката.

При гальваническом изделия погружают в раствор, содержащий ионы цинка. Пропуская электроток, добиваются равномерного оседания цинка на поверхность металла.

Термодиффузионным. Метод схож с горячим оцинкованием, только металл распыляется в специальных вращающихся печах. Термодиффузия применяется для метизов, мелких металлоизделий. Максимальный слой защитного покрытия – не более 20 микрон.

Цинк повышает эксплуатационный ресурс стальных конструкций, метизов, арматуры, бытовых изделий. Он предохраняет металл от коррозии под воздействием атмосферных осадков, солнечного излучения, производственных вредных факторов.

До 30% произведенного цинка используется для легирования сплавов. Популярными промышленными медными сплавами считаются бронзы, латуни. Они нужны в машиностроении, точной технике, приборах, электротехнике. Цинк добавляют в легированные сплавы и спецстали, обладающие особыми свойствами.

До 15% объема расходуется химической промышленностью для производства лакокрасочных покрытий, ядохимикатов. Цинк производится металлургами как полуфабрикат в виде литья, различного проката. Цинковые листы необходимы для создания печатных форм, на них наносится размножаемое изображение. Из цинкового тонкостенного проката создают цинкополимерные материалы и цинкосиликаты для кровли.

Цинк давно применяется в электротехнике. Имея низкое сопротивление и высокий разрядный ток, двухкомпонентные или многокомпонентные элементы на основе цинка используются в источниках постоянного тока: батарейках, аккумуляторах.

Магний в соединениях с цинком

Магний является самым легким конструкционным материалом, применяемым в промышленных масштабах. При достаточно высокой прочности магниевые сплавы весят в 4 раза меньше аналогичных стальных изделий. К изделиям из магниевых сплавов применим любой вид стандартной металлообработки. В магниевых сплавах доля магния составляет не менее 90%, при 2 – 9% алюминия, а также 1 – 3% цинка и до 1% марганца. Сплавление с празеодимом, неодимом или торием обеспечивает стабильно высокую механическую прочность деталей, эксплуатируемых при нагреве до +450 градусов. Сплавы магния применяются в различных производственных отраслях, таких как:

• Текстильная промышленность;
• Автомобилестроение;
• Полиграфия;
• Металлургия;
• Авиастроение;
• Ракетостроение;
• Создание мощных электрических батарей;
• Изготовление промышленных приборов и инструментов.

Компания ООО «Ресурс» поставляет различные виды цинковой и магниевой продукции для нужд промышленных предприятий. Профессиональные консультации, предоставляемые менеджерами нашей компании по телефону +7 495 215 50 72, помогают в формировании оптимального заказа.