Цинк 2

ЦИНК (Zincum) Zn – химический элемент 12-й (IIb) группы Периодической системы. Атомный номер 30, относительная атомная масса 65,39. Природный цинк состоит из трех стабильных изотопов 64Zn (48,6%), 66Zn (26,9%) и 67Zn (4,1%). Известно несколько радиоактивных изотопов, важнейший из них – 65Zn с периодом полураспада 244 сут. Степень окисления +2.

ЦИНКОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В древние времена было замечено, что свойства меди зависят от места, где добывалась руда. В конце концов изменения свойств были связаны с примесями, которые изменяли свойства металла. Фактически получалась не медь, а сплав с медью. Считается, что таким способом арсенид меди был впервые изготовлен в Египте, медно-никелевый сплав и коппертин (бронза) - в Германии, а медно-цинковый сплав (латунь) - в Индии. Лишь латунь, производившаяся задолго до цинка, выплавлялась из цинковых полиметаллических руд; это не вызывает удивления, поскольку цинк не существует в природе в виде чистого металла, а цинковые руды нельзя расплавить методами, пригодными для меди или свинца. Цинк плавится при сравнительно низкой температуре (419° С), однако руда восстанавливается до металла при значительно более высокой температуре, при которой цинк испаряется и должен быть далее сконденсирован. О таких процессах первобытные металлурги не имели представления.

Цинковые руды. Хотя металлический цинк впервые был получен из каламина, являющегося по существу карбонатом цинка ZnCO3, этот металл теперь почти всегда получают из сульфидных руд, содержащих некоторое количество свинца и часто серебро. Наиболее важные из этих руд - цинковая обманка (сфалерит) и марматит. Цинковые руды добываются в США, Канаде, Мексике, Австралии, Южной Америке, на юге центральной Африки, в России, Казахстане, Японии и других странах. Хотя руды обычно перерабатываются в металл в тех странах, где добываются, некоторые страны, особенно Бельгия, ввозят большие количества концентратов для внутреннего производства. США и Япония, будучи главными производителями цинковой руды, одновременно являются и ее крупными импортерами. Руды обогащаются либо селективным флотационным, либо мокрым гравитационным методами. Первый из отмеченных методов более важен, так как позволяет отделить цинк от свинца, а также от пустой породы.

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, иногда пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в окись цинка (ZnO). Обожжённые концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей и подвергают электролизу. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его затем удаляют и плавят в индукционных печах. Чистота электролитного цинка может достигать 99,95%, полнота извлечения его из концентрата (при учёте переработки отходов) 93-94%. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

Схема производства цинка:

СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА ЦИНКА.

Выплавка и очистка. Выплавка и очистка выполняются двумя главными способами - термическим и электролитическим. В любом случае первой стадией процесса является обжиг измельченной и обогащенной сульфидной руды в печах с кипящим слоем, в результате которого образуется оксид цинка и выделяется сернистый газ 2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2 С помощью электролитического и термического методов получают примерно половину всего производимого цинка.

Термический метод. По термическому методу концентрат оксида цинка, остающийся после обжига руды, часто смешивают с порошкообразным углем в цилиндрических ретортах, изготовленных из огнеупорной глины, которые вводят в печь в горизонтальном положении. Для восстановления цинка углем из оксида требуется температура от 1200 до 1300° С, а поскольку температура кипения металлического цинка составляет 907° С, он испаряется сразу же после восстановления ZnO + C -> Zn + CO. Этот метод, усовершенствованный позднее, применяли с первых лет коммерческого производства цинка; он известен под названием "процесс в горизонтальных ретортах". Альтернативный термический процесс был разработан так, чтобы обеспечить непрерывную подачу материала сверху в вертикальную реторту, изготовленную из карборунда; продукт реакции отводится со дна реторты. Этот процесс, названный процессом в вертикальной реторте, был разработан фирмой "Нью-Джерси цинк компани" в конце 1920-х годов. Посредством фракционной дистилляции цинка, произведенного таким способом, получают металл чистотой 99,99%. Процесс в вертикальной реторте высокоэффективен и обеспечивает большую производительность, чем процесс в горизонтальной реторте. В некоторых печах сернистый газ улавливается для производства побочного продукта - серной кислоты; из печей другого типа, расположенных главным образом в малонаселенных безлесных областях, он выбрасывается в атмосферу.

Электролитический метод. Электролитический метод выплавки и очистки цинка запущен в производство в штате Монтана и Канаде в период Первой мировой войны. В этом процессе обожженный цинковый концентрат обрабатывают серной кислотой, чтобы перевести окись цинка в сульфатный раствор. Присутствующие в концентрате примеси тоже растворяются и должны быть удалены из раств