Реферат получение цинка

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”.

6 стр., 2982 слов

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

7 стр., 3415 слов

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

14 стр., 6946 слов

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

11 стр., 5479 слов

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 (КС). ...

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.

7 стр., 3325 слов

Реферат цинк и его сплавы

... 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, которые отличаются весьма высокой удельной энергоёмкостью. ... пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и ...

  • 8—20 мгкг — некоторые зерновые, дрожжи, лук, чеснок, неочищенный

рис, яйца.

  • 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

22 стр., 10878 слов

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 ...

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