• +7 (495) 730 31 40

    Контакт с администрацией портала

  • Новости

  • Аналитика

  • Публикации

  • Госты

  • Металлургический калькулятор

  • Металлургический справочник

  • Конференции

  • Полезные материалы

  • Списки

Металлургия цинка

Историческая справка

Примеры использования сплавов, в состав которых входит цинк, известны с древности. Впервые металл был применен в Индии, Китае, странах Востока для плавки медно-цинкового сплава. Другое их название — латуни. Способности металлургии были ограничены, поэтому долгое время не получалось выделить чистый цинк. Другими препятствиями являлись высокая химическая активность элемента и летучесть. В средине XVIII века удалось выплавить металл высокого качества. После чего, изобретение было запатентовано, и началась эра промышленного производства цинка.

Физические свойства

Чистый металл обладает серебристо-серым цветом. Он хрупок и может ломаться при небольшом усилии. Присутствие примесей увеличивает это свойство. Температура плавления цинка — 419,5 ˚C. При нагреве до 500—600 ˚C происходит улетучивание металла в виде паров.

Химические свойства

На воздухе металл покрывается оксидной пленкой. Процесс можно описать уравнением:

                                                 2Zn + O2 = 2Zn O

При содержании в атмосфере большого количества паров воды и оксида углерода (IV) поверхностный слой образуется из карбоната и гидроксида цинка. Он практически полностью защищает металл от окисления. Это качество используют для создания покрытий от коррозии. Процесс носит название — цинкование.

 При нагревании металл вступает в реакцию со многими химическими элементами. С серой, фосфором, галогенами. В результате образуются соединения: сульфид ZnS, фосфиды Zn3P2, ZnP2, галогениды с общей формулой ZnHal2. Цинк обладает амфотерными свойствами и вступает в реакции с кислотами и щелочами.

Применение

Цинк и его соединения широко используются в разных отраслях промышленности.

-         Оксид цинка востребован в производстве красок и медикаментов.

-         Сульфид металла входит в состав люминесцентных составов.

-         Хлорид цинка — компонент флюса для пайки.

Процентное соотношение по разным направлениям использования приведено в таблице 1. 

Таблица 1.

Наименование отрасли применения

Примерное значение от общей массы производимого цинка, %

Цинкование

25—40

Литейные сплавы

25—40

Сплавы на основе меди (латуни, бронзы)

10—30

Цинковый прокат

5—10

Производство оксида цинка

3—10

Прочие расходы

3—8



Сырье для производства цинка

Для получения металла применяют полиметаллические руды. Цинк находится в них в виде сульфида. Примерное содержание составляет 1 – 3 %. Это значение очень низкое и требует дополнительных действий перед переработкой. По составу руда является многокомпонентным материалом. В ней содержится в сульфидной форме ряд сопутствующих элементов: медь, свинец, висмут, кадмий, серебро и золото. Одновременно с выделением цинка происходит извлечение других компонентов. Например: свинца, меди, кадмия, индия, ртути, селена, теллура. Также полиметаллические руды содержат в незначительных количествах серебро и золото.

Переработка

 Для обогащения используют селективную флотацию, что позволяет выделить цинк в отдельный концентрат. Примерный состав отражен в таблице 2.

Таблица 2.

        Химический элемент

            Массовая доля в концентрате, %

Цинк

48—60

Свинец

1,5—2,5

Медь

1—3

Кадмий

до 0,5

Железо

3—10

Сера

30—38

Наиболее распространенным на территории Россия является гидрометаллургическое получение цинка. С помощью него получают до 90 % металла. Пирометаллургия используется реже.

Технология гидрометаллургического процесса основана на взаимодействии разбавленной серной кислоты с предварительно обожженным концентратом. Стадия обжига выполняется в печах кипящего слоя. Такой прием позволяет получить огарок из частиц небольшого размера, но с развитой поверхностью. Основные реакции, описывающие процесс представлены следующим образом:

                                             2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 ,

                                            4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

В ходе протекания процесса происходит выделение энергии в достаточном количестве для проведения сжигания без дополнительных затрат.

 Взаимодействие оксида цинка с раствором серной кислоты можно описать с помощью уравнения:

                                              ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

Реакция проходит в специальных емкостях при перемешивании. Их объем может доходить до  140 м3. Часть концентрата, не вступившая в реакцию, отправляют на восстановление мелкой частью кокса. Процесс проводят в трубчатой печи при температуре 1100 – 1200 ˚C. В результате происходит извлечение оставшихся элементов: цинка, свинца, кадмия и др. После удаления летучих компонентов, клинкер, в составе которого находятся железо, медь и драгоценные металлы, попадает в медеплавильное производство. Этот продукт добавляют в шихту для плавки в печах шахтного типа.

Цинк Одновременно происходит взаимодействие реактива с сопутствующими компонентами. Полученный раствор содержит значительные количества меди, железа, кадмия и др. Перед следующим этапом требуется удаление посторонних примесей.

Для выделения металлического цинка из сернокислого раствора используют процесс электролиза. На катоде осаждается металлический цинк, а на аноде происходит регенерация серной кислоты. Окислительно-восстановительный процесс под действием электрического тока протекает по уравнению:

         2ZnSO4 + 2H2O = 2Zn + 2H2SO4 + O2

Условия прохождения реакции: плотность тока до 700 А/м2, высокий уровень очистки рабочего раствора от посторонних примесей, температура от 33 до 38 ˚C. 


Добавка в состав раствора для электролиза поверхностно-активных веществ способствует перенапряжению водорода. Материал катода представляет собой лист из алюминия, толщиной 34 мм. Анод выполнен из свинца с примесью серебра (1 %). Такая добавка увеличивает его стойкость в агрессивных условиях. Цинк, полученный в результате электролиза, переплавляют и разливают в изложницы для получения чушек.

 


Возврат к списку