Соединения цинка и его сплавы известны человечеству с глубокой
древности, металлический же цинк был получен значительно позднее, чем
железо, свинец и олово. Это обстоятельство объясняется тем, что обычные
способы плавки руды с углем здесь не достигали цели; чтобы восстановить
цинк, его надо быстро нагреть до температуры около 1000 градусов, но при
этом он кипит и в виде паров теряется вместе с дымовыми газами. Только
после того как научились конденсировать пары цинка в глиняных сосудах,
стало возможных получение металла в свободном состоянии. Полагают, что
такой дистилляционный способ получения свободного цинка впервые был
изобретен в Китае.
Латунь (сплав меди с цинком) была известна грекам, индусам и другим
народам Востока, употреблявшим ее для изготовления различных предметов
домашнего обихода, художественного литья и украшений. Отдельные предметы из
латуни, относящиеся к периоду за 1500 лет до н.э., были найдены в
Палестине. Приготовление латуни восстановлением особой земли кадмия (так
назывались в древности многие минералы, содержащие цинк, отличие между
которые не делали) углем в присутствии меди описывают Аристотель (384- 322
гг. до н.э.), Плиний Старший (23-79 гг. н.э.) и Гомер. Плиний Старший и
Диоскрид из Аназарбуса описывают лекарственные средства, содержащие
соединения цинка. Лекарства эти употреблялись для заживления ран и при
лечении глазных болезней.
В доисторических дакийских развалинах в Трансильвании был найден
идол, отлитый из сплава, содержащего около 87% цинка. Получение
металлического цинка из галмея Zn4(Si2O7)*H2O впервые описывает Страбон (60-
20 гг. до н.э.).
Цинк в этот период называли тутией или фальшивым серебром.
Благодаря довольно сложной выработке цинка из руд в X-XI вв. н.э.
искусство получения цинка в Европе было утрачено и он ввозился сюда под
названием индийского олова из Китая и Индии.
В конце XIII в. н.э. итальянский путешественник Марко Поло описал
способ получения металлического цинка в Персии. В 1637 году метод выплавки
цинка и его свойства описываются в китайской книге “Циен конг кан у”.
Цинк и его свойства
... 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 ... осадок гидрооксида Zn(OH)2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например [Zn(NH3 )4 ]SО4 и другие. Цинк является довольно активным металлом. Он легко взаимодействует с кислородом, ...
Казалось бы, что раз метод получения описан в литературе, то его легко
могли перенять другие народы и применить у себя на родине. Но этого не
случилось. Экономическая и культурная разобщенность народов, слабые
транспортные связи, а главное, стремление многих ученых описывать свои
открытия на непонятном языке-все это препятствовало быстрому
распространению технических достижений.
Вторично получение цинка в Европе стало известно в начале XVI века,
когда о способе его выплавки упоминают в своих сочинениях Георг Агрикола
(1494-1555) и Теофраст Парацельс. Однако и после этого цинк в Европе был
большой редкостью, что продолжалось почти до конца XVIII в.
Название же “цинк” происходит от латинского слова, обозначающего
бельмо или белый налет, и впервые встречается у Парацельса в 1530 году.
Роберт Бойль назвал цинк “спелтером”. У нас цинк И.Шлаттер (1736) называл
“туцией”, Ломоносов (1742) ввел название “цинк”, но оно не пользовалось
успехом и цинк чаще всего называли “шпиаутер”.
В 8-м издании “Основ химии” (1906) Д.И. Менделеев употребляет
современное название цинка, но наряду с этим ставит в скобках и другое его
название-”шпиаутер”. Из этого можно заключить, что во времена Менделеева
старое название цинка было достаточно широко распространено.
Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30. Он
находится в четвертом периоде второй группы. Атомный вес — 65,37.
Распределение электронов по слоям 2-8-18-2.
Цинк представляет собой синевато — белый металл, плавящийся при 419(
С, а при 913( С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 гсм3. При
обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110( С он хорошо
гнется и прокатывается в листы. На воздухе цинк покрывается тонким слоем
окиси или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления.
Вода почти не действует на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений
значительно левее водорода. Это объясняется тем, что образующаяся на
поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроокись практически
нерастворима и препятствует дальнейшему течению реакции. В разбавленных же
кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей.
Кроме того, цинк подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные
гидроокиси, растворяется в щелочах. Если нагреть цинк на воздухе до
температуры кипения, то пары его воспламеняются и сгорают зеленовато-белым
пламенем, образуя окись цинка.
1 Общие сведения
Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30. Он
находится в четвертом периоде второй группы. Атомный вес — 65,37.
Распределение электронов по слоям 2-8-18-2.
Цинк представляет собой синевато — белый металл, плавящийся при 419(
С, а при 913( С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 гсм3. При
обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110( С он хорошо
гнется и прокатывается в листы. На воздухе цинк покрывается тонким слоем
Свойства и получение цинка
... разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей. Кроме того, цинк подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроокиси, растворяется в щелочах. Если нагреть цинк на воздухе до температуры ...
окиси или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления.
Вода почти не действует на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений
значительно левее водорода. Это объясняется тем, что образующаяся на
поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроокись практически
нерастворима и препятствует дальнейшему течению реакции. В разбавленных же
кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей.
Кроме того, цинк подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные
гидроокиси, растворяется в щелочах. Если нагреть цинк на воздухе до
температуры кипения, то пары его воспламеняются и сгорают зеленовато-белым
пламенем, образуя окись цинка.
1.1 Нахождение в природе
Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, или цинковая
обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а разнообразные
примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и
называют обманкой. 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.
1.2 Получение
Цинк в природе как самородный метал не проявляется. 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. От ZnO к Zn идут двумя путями.
По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна,
обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и
газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200—1300
°С:
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 металл 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
Металлургия цинка — выщелачивание цинкового огарка
... растворов. Редкие металлы 2. Описание работы сгустителя Пульпу, полученную при выщелачивании обожженного цинкового концентрата (нейтральную и кислую), разделяют на твердую и жидкую фазы. Для разделения ... фильтрованием пульпы. Кек промывают и из промывных вод высаживают основной сульфат цинка известняком. Феррит цинка в слабых растворах серной кислоты растворяется незначительно. Так, при температуре ...
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.
Физические свойства
В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает
гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49468 нм. 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.
1.3 Химические свойства
Типичный амфотерный металл. Стандартный электродный потенциал −0,76 В,
в ряду стандартных потенциалов расположен до железа.
На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном
нагревании сгорает с образованием амфотерного белого оксида ZnO:
2Zn + O2 = 2ZnO
Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:
ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
так и щелочами:
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + Н2О
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Zn + H2SO4(разб.) = ZnSO4 + H2↑
и растворами щелочей:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не
реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель
раствора сульфата меди CuSO4.
При нагревании цинк реагирует с галогенами с образованием галогенидов
ZnHal2. С фосфором цинк образует фосфиды Zn3P2 и ZnP2. С серой и ее
аналогами — селеном и теллуром — различные халькогениды, ZnS, ZnSe, ZnSe2 и
ZnTe.
С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно
не реагирует. Нитрид Zn3N2 получают реакцией цинка с аммиаком при 550—600
°C.
В водных растворах ионы цинка Zn2+ образуют аквакомплексы [Zn(H2O)4]2+
и [Zn(H2O)6]2+.
Применение:
- Цинкование — 45-60%
- В медицине (оксид цинка как антисептик) — 10%
- Производство сплавов — 10%
- Производство резиновых шин — 10%
- Масляные краски — 10%.
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).
Также используется в качестве материала для
отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках
и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый
Особенности производственного процесса ОАО «Челябинский ...
... составляет около 46%. ОАО "Челябинский цинковый завод" является частью цинковой промышленности России и мира. Челябинский цинковый завод - ведущий российский поставщик высококачественного цинка и сплавов на его основе, ... а находящиеся в огарке окислы цинка передаются в выщелачивательный цех на последующую переработку. Для обжига цинковых концентратов используются обжиговые печи кипящего слоя ( ...
аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·чкг, 650 Вт·чдм³, малое сопротивление и
колоссальные разрядные токи, ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135
Вт·чкг, 550—650 Вт·чдм³), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-
цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт,
84—127 Вт·чкг, 410—570 Вт·чдм³), хром-цинковый элемент, цинк-
хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт,
95—118 Вт·чкг, 230—295 Вт·чдм³), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный
аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др).
Очень важна роль цинка в цинк-
воздушных аккумуляторах, в последние годы интенсивно разрабатываются на
основе системы цинк-воздух — аккумуляторы для компьютеров (ноутбуки) и в
этой области достигнут значительный успех (большие, чем у литиевых батарей,
ёмкость и ресурс, меньшая в 3 раза стоимость), так же эта система очень
перспективна для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·чкг, цинк-
воздух — 220—300 Вт·чкг) и для электромобилей (пробег до 900 км).
Входит в
состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления. Цинк —
важный компонент латуни. Окись цинка широко используется в медицине как
антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка
используется для производства краски — цинковых белил.
Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при
производстве фибры.
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.
Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе
Геологического обзора Соединенных Штатов):Список стран по производству
цинка
1.4 Биологическая роль
Цинк:
- необходим для продукции спермы и мужских гормонов.
- необходим для метаболизма витамина E, который является
предшественником половых гормонов и включается в продукцию тестостерона.
- важен для нормальной деятельности простаты.
участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая
инсулин, тестостерон и гормон роста.
Содержание в продуктах питания:
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 грамм устриц, человек
получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных
семечек.
Содержание цинка:
- 0,25 мгкг — яблоки, апельсины, лимоны, инжир, грейпфруты, все
мясистые фрукты, зеленые овощи, минеральная вода.
- 0,31 мгкг — мёд.
- 2—8 мгкг — малина, черная смородина, финики, большая часть овощей,
большинство морских рыб, постная говядина, молоко, очищенный рис,
свекла обычная и сахарная, спаржа, сельдерей, помидоры, картофель,
редька, хлеб.
- 8—20 мгкг — некоторые зерновые, дрожжи, лук, чеснок, неочищенный
рис, яйца.
Реферат цинк и его сплавы
... элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дм³), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др. Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, ...
- 20—50 мгкг — овсяная и ячменная мука, какао, патока, яичный
желток, мясо кроликов и цыплят, орехи, горох, фасоль, чечевица,
зеленый чай, сушёные дрожжи, кальмары.
- 30—85 мгкг — говяжья печень, некоторые виды рыб.
- 130—202 мгкг — отруби из пшеницы, проросшие зерна пшеницы,
тыквенные семечки, семечки подсолнечника.
2 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 половину-
гидрометаллургическим.
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 перерплавлять 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?
Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора
... Цинковая пыль применяется для осаждения золота и серебра из растворов при их получении гидрометаллургическим путем, для очистки растворов от меди и кадмия перед электролизом растворов цинка. Оксид цинка широко используют при производстве резины ...
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
