Что такое шкала твердости по моосу для металлов и минералов

Алан-э-Дейл       05.11.2022 г.

Содержание

Мировые запасы и добыча цинка

Город Трейл на юго-западе Канады в провинции
Британская Колумбия.
Город расположен близ того места, где река
Колумбия пересекает канадско-американскую
границу. В Трейле расположено одно из самых
больших в мире предприятий по переработке
свинцово-цинковых концентратов и выплавке
свинца и цинка. Ясно, что город, награжденный
таким заводом, не может быть экологическим раем.
Канадцы и их соседи — жители США зовут Трейл
Домом дымоедов (Home of the Smoke Eaters)

Цинк — 23-й по распространенности
элемент на Земле. Среднее содержание цинка в
земной коре (кларк) составляет 8,3.10-3%
по массе, а среднее содержание в морской воде 5,0.10-6
г/л. Цинк обычно извлекается из
полиметаллических сульфидных руд. Основные
минералы: сфалерит (цинковая обманка), вюрцит (ZnS),
смитсонит (ZnCO3), гемиморфит, цинкит (ZnO).

Десять крупнейших
цинкоплавильных заводов мира

с Город Страна Местоположение Среднегодовая
мощность,
тыс. т
1 Ульсан Южная
Корея
Юго-восток
Корейского п-ова, к северу от Пусана
350
2 Авилес Испания Северо-запад
Испании, Астурия, у побережья Бискайского зал.
345
3 Кларкc-вилл США Шт.
Теннеси
300
4 Трейл Канада Британская
Колумбия,
у границы с США
272
5 Чжучжоу Китай Пров.
Хунань
250
6 Усть-Каменогорск Казахстан Северо-восток
Казахстана, Восточно-Казахстанская обл., на
Иртыше
240
7 Вэллифилд Канада Пров.
Квебек
230
8 Торреон Мексика Срединная
часть Мексики, к западу от Монтеррея, шт. Коауила
225
9 Хобарт Австралия О.
Тасмания
220
10 Оби Франция Север
Франции, департамент Нор,
близ г. Дуэ
215

В мире ежегодно добывается более 9 млн т
цинка. По оценкам, при нынешнем уровне добычи
цинка выявленных запасов металла хватит лишь на
несколько десятилетий. А объемы извлечения цинка
из земной коры постоянно возрастают. По запасам
цинка в мире выделяются две страны — Китай и
Австралия. У каждой в недрах около 30 млн т цинка.
Следом идут США (25 млн т), далее с большим отрывом
— Канада и Перу.
Возможно, в будущем, чтобы обеспечить
промышленность цинком, научатся добывать его со
дна океанов и морей. Уже сейчас в рифтовых зонах
Мирового океана (Галапагосский рифт,
Срединно-Атлантический хребет, Калифорнийский
залив) на глубинах 2700—2900 м обнаружены
высокотемпературные рудоносные растворы,
содержащие медь и цинк в промышленных масштабах.
Около 2,5 млн т цинка содержится во впадине
Красного моря.
Добыча цинка ведется почти в 50 странах. Лидеры —
Китай, Австралия, Перу, Канада и США, намного
опережающие остальных добытчиков (табл. 1). На эти
пять стран приходится 2/3 всего добываемого в мире
цинка. В конце 90-х годов Канада уступила первое
место по добыче руды Китаю (а ведь еще в 1990 г. КНР
занимала лишь 4-е место, уступая не только Канаде,
но и Австралии и СССР). На территории СНГ цинк в
настоящее время добывают в России, Казахстане и
Узбекистане; небольшое количество — в
республиках Закавказья.
Практически вся добытая цинковая руда
переводится в концентрат на обогатительных
фабриках при рудниках. Большая часть концентрата
перерабатывается в металл в тех странах, где
добывается цинк, треть цинковых концентратов из
стран-добытчиков отправляется на экспорт.
Крупные поставщики цинкового концентрата на
мировой рынок — Австралия, Канада, Мексика и США.
Большое количество цинкового концентрата для
внутреннего производства металла ввозят
Бельгия, Франция, Финляндия, Германия, Италия,
Норвегия, Великобритания, Япония и Южная Корея.

Ведущие страны — добытчики
цинковой руды
тыс. т (по содержанию металла в руде)

Страна Годы
1995 1998 2001
Китай 1010,7 1100,0 1860,0
Австралия 937,0 985,0 1476,0
Перу 688,4 809,0 1056,0
Канада 1121,2 1063,0 1052,0
США 632,0 735,0 798,0
Мексика 346,9 370,0 435,0
Казахстан 148,1 224,0 350,0
Ирландия 184,1 177,0 298,0
Индия 154,5 195,0 222,0
Испания 172,2 128,0 185,0
Всего
в мире
(включая прочих производителей)
7174,9 7308,0 9225,0

К важнейшим рудникам мира, мощности
которых по добыче цинка исчисляются сотнями
тысяч тонн в год, относятся Ред-Дог на Аляске,
Антамина в Перу, Тара в Ирландии и Сенчури в
Австралии.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

  • Является металлом средней твердости.
  • Цинк не имеет полиморфных модификаций.
  • Холодный цинк становится хрупким металлом.
  • Приобретает пластичность при температуре 100-100 ºС.
  • При более высокой температуре в 250 ºС снова превращается в хрупкий металл.
  • Температура плавления твердого цинка равна 419,5 ºС.
  • Температура перехода в пар – 913ºС.
  • Температура кипения равна 906 ºС.
  • Плотность цинка в твердом состоянии равна 7,133 г/см 3 , в жидком — 6, 66 г/см 3.
  • Относительное удлинение 40-50%.
  • Легко растворим в кислотах.
  • Легко растворим в щелочах.

О том, как правильно плавить цинк, смотрите в видеоролике:

Химические

Химические свойства цинка:

  • 3d 10 4s 2 — конфигурация атома.
  • Цинк считается активным металлом.
  • Является энергетическим восстановителем.
  • Электродный потенциал: -0,76 В.
  • При температуре ниже 100 ºС теряет блеск и имеет покрытие пленкой.
  • Во влажном воздухе (особенно если в нем есть углекислый газ) металл разрушается.
  • Во время сильного нагрева цинк сильно сгорает с образованием голубоватого пламя.
  • Степень окисления: .
  • Кислоты и щелочи действуют на цинк различно в зависимости от присутствия в металле различных примесей.
  • При нагревании цинка в воде происходит процесс гидролизации с образованием белого осадка.
  • Минеральные кислоты большой силы способны легко растворить цинк.

Тяжёлые цветные металлы

В эту группу входят:

Медь – это металл золотисто-розового оттенка, имеющий высокий показатель пластичности. Её главное свойство – электропроводность, за счёт которой она используется, главным образом, в приборостроении и радиоэлектронике. Кроме того, медь имеет замечательную коррозионную стойкость и легко поддаётся обработке. В сочетании с цинком образует латуни, с иными элементами – бронзы.

Свинец – это токсичный металл серого цвета. Несмотря на своё свойство, он крайне востребован в автомобильной, оружейной и медицинской отраслях промышленности. Свинец имеет небольшую температуру плавления (327°С), он податлив и легко прокатывается в тончайшие листы. Его соединения добавляют в топливо для улучшения качественных характеристик последнего, но одновременно при эксплуатации транспорта выхлопные газы существенно загрязняют окружающую среду.

Цинк в чистом виде – это металл сине-белого оттенка. При взаимодействии с воздухом его поверхность тускнеет за счёт появления оксидной плёнки. По объёму использования в ведущих отраслях промышленности цинк занимает 4 место.

Никель – металл серебристо-белого цвета. Пластичный, за счёт чего упрощается процесс обработки. Является ферромагнетиком. Зачастую, никель используют в виде сплавов со сталью, железом, хромом, золотом, серебром, магнием и пр. В чистом виде он служит материалом для изготовления труб, листов, спиралей и т.д.

Олово – металл белого или серого цвета, темнеющий при переходе в порошкообразное состояние. Имеет невысокую температуру плавления (232°С) и хорошую пластичность даже в холодном виде. В соединении с висмутом и кадмием олово используется для производства надёжных крепёжных элементов.

Способы оцинкования

На сегодняшний день существуют разные технологии нанесения цинка на поверхность изделий. Необходимо рассмотреть каждую из них подробно.

Горячий способ оцинкования

Металлическое изделие заранее обезжиривается, промывается и травится. Цинк плавят при температуре 450–480 °C. В жидкий металл опускается деталь. Принцип действия этого метода основан на том, что железо и его сплавы хорошо смачиваются. В результате образуется покрытие значительной толщины от 40 до 450 мкм, благодаря чему изделие надежно защищено от коррозии. Однако горячему способу присущи и недостатки. К ним относится:

  • неравномерность толщины слоя;
  • невозможность использовать метод для деталей, имеющих точный допуск, и в случае, когда под действием высокой температуры меняются характеристики крепежа.

Также есть вероятность, что после горячего оцинкования уменьшится прочность крепления, так называемое охрупчивание. Во избежание такой ситуации изделие необходимо обрабатывать термически после нанесения цинка, но даже это не дает полной гарантии. Рассматриваемый способ не подходит для деталей, покрытых лакокрасочными материалами или порошковыми красками. Причина заключается в низкой сцепляемости между ними и горячим цинком.

Обработка поверхности горячим цинком

Холодный способ оцинкования

У этого метода есть еще 2 названия: гальванический и электролитический. В данном случае технология напоминает процесс окрашивания изделия, но вместо красок используется специальный состав, содержащий цинк. В результате деталь покрывается антикоррозийным слоем. В отличие от предыдущего способа, подвергать холодному оцинковыванию можно крепеж любого размера и окрашенные изделия. С помощью данного метода достигается повышенная химическая стойкость. К слабым местам способа можно отнести малую толщину слоя – 5–35 мкм, что приводит к уменьшению антикоррозионных свойств. Рассматриваемый способ так же, как и предыдущий не исключает возникновения охрупчивания.

Термодиффузионный способ оцинкования

Покрытие, полученное с помощью данного метода, является положительным электродом, в то время как сталь отрицательным. Таким образом происходит электрохимическая защита. Термодиффузионное оцинкование может использоваться только для изделий, материалы которых углеродистая сталь, чугун и сталь с небольшим содержанием примесей. Процесс оцинкования происходит следующим образом. Поверхность изделия насыщается цинком, при этом среда должна быть порошковой, а температура 290–450 °C. Марка стали и тип изделия влияют на выбор температуры. Таким способом можно добиться любой толщины защитного слоя от 6 до 110 мкм. При данном методе в закрытый контейнер помещают деталь и добавляют специальную насыщенную смесь. Окончательная обработка требуется для того, чтобы не образовывались белые продукты коррозии на изделиях во время их контакта с соленой водой и конденсатом.

Описанная технология применима для заготовок, имеющих резьбу и сложную геометрическую форму. В результате образуется равномерный слой по всей поверхности, цинк не скапливается в углублениях или соединениях. Благодаря указанному преимуществу не понадобится устранять покрытие на внутренней резьбовой части, как это приходится делать после горячего оцинкования. Также отсутствует охрупчивание, т. е. такая технология подходит для высокопрочного крепежа. Уровень антикоррозийной стойкости в 1,5–2 раза выше, чем при гальваническом оцинковании, и в 3–5 раз выше, чем при горячем способе. Также для указанной технологии характерны большая сцепляемость цинкового слоя с красками, высокая точность, поэтому область применения распространяется и на конструкции, имеющие точные допуски. Нанесенный антикоррозийный слой очень износостойкий, поэтому подходит для деталей, которые часто собираются и разбираются.

Биологическая роль

В организме взрослого человека содержится в среднем около 2 г цинка, в виде его соединений, который концентрируется преимущественно в мышцах, печени и поджелудочной железе. Более 400 ферментов содержат цинк. Среди них ферменты, катализирующие гидролиз пептидов, белков и сложных эфиров, образование альдегидов, полимеризацию ДНК и РНК. Ионы Zn2+ в составе ферментов вызывают поляризацию молекул воды и органических веществ, содействуя их депротонированию по реакции:

Zn2+ + H2O = ZnOH+ + H+

Наиболее изучен фермент карбоангидраза — белок, содержащий цинк и состоящий примерно из 260 аминокислотных остатков. Этот фермент содержится в эритроцитах крови и способствует превращению углекислого газа, образующегося в тканях в процессе их жизнедеятельности, в гидрокарбонат-ионы и угольную кислоту, которая кровью переносится в легкие, где выводится из организма в виде углекислого газа. В отсутствие фермента превращение СО2 в анион HCO3— протекает с очень низкой скоростью. В молекуле карбоангидразы атом цинка связан с тремя имидазольными группами остатков аминокислоты гистидина и молекулой воды, которая легко депротонируется, превращаясь в координированный гидроксид. Атом углерода молекулы углекислого газа, на котором находится частичный положительный заряд, вступает во взаимодействие с атомом кислорода гидроксильной группы. Таким образом, координированная молекула СО2 превращается в гидрокарбонат-анион, который покидает активный центр фермента, замещаясь на молекулу воды. Фермент ускоряет эту реакцию гидролиза в 10 миллионов раз.

Цинк:

  • необходим для продукции спермы и мужских гормонов
  • необходим для метаболизма витамина E.
  • важен для нормальной деятельности простаты.
  • участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.
  • необходим для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы.

Содержание в продуктах питания

Рекомендуемая дневная норма цинка в рационе — 11 мг для мужчин и 8 мг для женщин.
Среди продуктов, употребляемых в пищу человеком, наибольшее содержание цинка — в устрицах, тыквенных и подсолнечных семечках, кунжуте, мясе, сыре, овсяной крупе, бобовых, шоколаде.

Содержание цинка в продуктах на 100 г:

  • Орехи и семечки: тыквенные семечки — 10 мг, кунжут — 7 мг, семена подсолнечника — 5,3 мг, миндаль — 3 мг, грецкие орехи — 3 мг.
  • Мясо: говяжья печень — 4 мг, говядина — 3—8,4 мг, баранина — 2—6 мг, курица — 0,8—3,5 мг, свинина — 0,8—3,5 мг.
  • Бобовые: чечевица — 4,78 мг, арахис — 4 мг, горох — 1,2 мг, соевые бобы — 3 мг.
  • Молочные продукты:  — 3—4 мг, мороженое, йогурт — 0,7—0,8 мг, молоко — 0,4 мг.
  • Злаки и хлеб: овёс — 3,97, пшеница — 3,46 мг, рожь — 2,65 мг, рис — 1 мг, хлеб — 0,7—1,5 мг, печенье — 0,5—1 мг, мука пшеничная — 0,8 мг.
  • Рыба и морепродукты: устрицы — 16—40 мг, анчоусы — 1,72 мг, осьминог — 1,68 мг, карп — 1,48 мг, икра — 1 мг, сельдь — 0,99 мг.
  • Овощи и фрукты: зелёный горошек — 1,24 мг, ростки бамбука — 1,10 мг, кукуруза (варёная, консервированная) — 0,5—0,6 мг, финики — 0,44 мг, малина — 0,42 мг, брокколи — 0,41 мг, свёкла — 0,35 мг, картофель — 0,29 мг, чёрная смородина — 0,27 мг, инжир, бананы — 0,15 мг, апельсины — 0,07 мг, грейпфрут — 0,07 мг, лимоны — 0,06 мг, яблоки — 0,04 мг.
  • Сладости: какао-порошок (неподслащенный) — 6,81 мг, шоколад — 2,3 мг, шоколадные конфеты — 1—2 мг, мёд — 0,22 мг.

Также цинк может присутствовать в минеральной воде.

Основные проявления дефицита цинка

Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них — раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов (железа, меди, кадмия, свинца), снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и другие.

Для оценки содержания цинка в организме определяют его содержание в волосах, крови и её сыворотке.

Свойства и характеристики цинка и цинковых сплавов

Характеристики цинковых сплавов во многом обусловлены свойствами цинка. Это металл голубоватого цвета, не встречается в чистом виде, обычно содержит примеси, из-за которых меняются его свойства. Чистый металл получается в результате нескольких реакций.

Цинк обладает следующими химическими свойствами:

  • При нагревании реагирует с сероводородом и водой с выделением водорода.
  • Не реагирует с азотом и углеродом.
  • Со щелочами реагирует с образованием солей цинковой кислоты – цинкатов.

Цинк – это очень прочный материал. Его пластичность увеличивается при нагревании. Если его нагреть больше чем на 210 градусов, от этого может поменяться его форма. При низких температурах вещество плавится.

Как выглядит цинковый сплав

Количество примесей зависит от методов добычи металла, особенностей его обработки и пороты цинка. Чаще всего можно встретить примеси в виде никеля, хлора, фтора и свинца. Обычно при создании цинковых сплавов используют чистый цинк, так как наличие примесей ухудшает качество материала:

  • олово делает сплав слишком хрупким и ломким;
  • при присутствии кадмия снижается пластичность материала;
  • свинец повышает межкристальную коррозию материала, способствует его растворению в кислотах;
  • наличие железа повышает твердость сплавов, но снижают их пластичность;
  • из-за мышьяка сплав становится хрупким и непластичным.

Поэтому для улучшения характеристик цинковых сплавов цинк сначала очищают от примесей. А в дальнейшем используют чистый металл, который сплавляют с разными компонентами.

Цинковые антифрикционные сплавы

Максимальное распространение имеют антифрикционные материалы. Они применяют как отливки, а также после механической обработки. Эти материалы отличают антифрикционные параметры и довольно высокая прочность. Их применяют для замены бронзы, детали из которой работают при температуре не более 100 градусов Цельсия.

Микроструктура цинковых антифрикционных сплавов

Если температура выше означенной то сплав приобретает излишнюю мягкость и постепенной верхний слой цинковой детали окажется на поверхности вала. Сплавы этого класса используют для получения цельнометаллические или биметаллические материалы. Из сплавов на основе цинка наиболее широкое распространение получили такие сплавы, как ЦАМ1, ЦАМ 4-1, в их составе содержится до 4% алюминия и 1% меди. Кроме, них для получения отливок применяют такие марки, как ЦАМ 10, состоящий на 5% из алюминия и 10% меди. Его отличают высокие механические и антифрикционные свойства. Этот материал широко используется для деталей мотоциклетной техники. Его технические свойства позволяют применять его и в производстве подшипников скольжения. Особняком стоит сплав ЦАМ 4-1. Этот материал используют для получения деталей различной конфигурации и назначения в автомобильной промышленности. Состав этого материала нормирован ГОСТ 19424-97. В соответствии с его требованиями в состав этого сплава, кроме алюминия и меди, могут входить:

  • кремний, не более 0,13%;
  • магний, не более 0,06%;
  • железо, не более 0,005%;
  • свинец, не более 0,01%;
  • олово, не более 0,012%;
  • кадмий, не более 0,004%.

Применение цинковых антифрикционнх сплавов

Свойства и характеристики сплава отличаются от множества других сплавов, так, ЦАМ 4-1, имеет плотность, превышающую 7,1 кг на 1 дм, предел текучести лежит в пределах 100 КГс и рядом других. Для получения деталей из цинка ЦАМ 4-1, последний поступает в чушках, весом по 25 кг каждая, допустимо и применение материала – сырца в чушках по 500 кг.

Применение цинка:

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон
  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Zink
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Цинк
  4. http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=240
  5. https://chemicalstudy.ru/tsink-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

цинк атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решеткаатом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома электронные формулы сколько атомов в молекуле цинкасколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

Коэффициент востребованности
535

Сырье для получения цинка

Основным источником получения цинка являются сульфидные, медно-свинцово-цинковые, медно-цинковые и свинцово-цинковые руды.

В сульфидных рудах цинк обычно присутствует в виде сфалерита или вуртцита, состав которых отвечает формуле ZnS, и марматита nZnS · mFeS. Спутниками цинка в полиметаллических рудах являются минералы и элементы.

В окисленных зонах месторождений цинксодержащих руд основными кислородсодержащими минералами цинка являются: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO и каламин ZnO·SiO2 ·H2O. Окисленные цинковые руды в настоящее время имеют подчиненное значение.

В сульфидных полиметаллических рудах содержание цинка обычно составляет 1…3 %. Эти руды имеют сложный состав. Все это обусловливает необходимость проведения предварительного обогащения руд по селективной схеме с получением нескольких концентратов.

Цинковые концентраты селективного флотационного обогащения полиметаллических руд содержат, %: Zn – 48…60; Pb – 1,5…2,5; Cu – 1…3; Cd – до 0,25; Fe – 3…10; S – 30…38, пустой породы – до 10.

Цинковые концентраты – комплексное дорогостоящее сырьё. Из них нужно извлекать цинк, свинец, медь, кадмий, серу, золото, серебро, ртуть, галлий, индий, таллий, селен, теллур и др.

Иногда при обогащении труднообогатимых медно-цинковых руд получают промежуточные продукты, содержащие 12…18 % Zn и 4…8 % Cu. Переработка этих материалов затруднена как на цинковых, так и на медных заводах.

Переработку цинковых концентратов в настоящее время осуществляют двумя методами – пирометаллургическим и гидрометаллургическим.

В основе пирометаллургического способа лежит процесс восстановления оксида цинка при 1000…1100 ºС, т. е. при температуре выше точки кипения металлического цинка, что обеспечивает выделение его в момент образования в парообразном состоянии и возгонку в виде паров:

ZnO + C = Znпар + CO; ZnO + CO = Znпар + CO2.

Пары цинка в дальнейшем конденсируют. Получение жидкого цинка дистилляцией возможно только в условиях сильно восстановительной атмосферы и полной герметизации применяемой аппаратуры.

В связи с тем что цинковый концентрат представляет собой сульфидный материал, а восстановление цинка возможно только из его оксида, дистилляции предшествует окислительный обжиг с полным удалением серы.

Возможны несколько вариантов аппаратурного оформления пирометаллургического способа получения цинка: в горизонтальных и вертикальных ретортах, в шахтных и электрических печах. Принцип действия положен в основу получения паров цинка в электротермической части кивцетного агрегата.

Получающийся пирометаллургическим способом цинк обязательно содержит большое количество металлов-примесей, возгоняемых вместе с ним или попадающих в него из выносимой газами пыли. Поэтому дистилляционный цинк, как и всякий черновой металл, нуждается в рафинировании.

Пирометаллургический способ применяют с момента возникновения цинкового производства. Доля выпуска цинка этим способом из года в год сокращается и в настоящее время составляет не более 20 %.

Гидрометаллургический способ является в настоящее время основным. Широкое распространение гидрометаллургии при производстве цинка обусловлено ее значительными преимуществами по сравнению с дистилляцией. К ним относятся:

  • извлечение большего количества цинка и сопутствующих элементов;
  • большая комплексность использования сырья;
  • высокое качество цинка;
  • высокая механизация трудоемких процессов.

По этому способу цинк выщелачивают раствором серной кислоты из предварительно обожженного концентрата. При выщелачивании цинк переходит в раствор в виде сернокислого цинка по реакции

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.

При выщелачивании цинкового огарка в раствор частично переходят содержащиеся в нем компоненты. Качество получаемого электролитическим осаждением цинка зависит от чистоты раствора: чем чище раствор, поступающий на электролиз, тем более чистым получается товарный цинк. Поэтому перед электролизом раствор тщательно очищают от примесей.

Процесс электролитического осаждения цинка из очищенного раствора протекает по следующей суммарной реакции:

ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + 0,5O2

Цинк при электролизе осаждается на катоде, а на аноде регенерируется серная кислота, необходимая для выщелачивания свежих порций огарка, и выделяется кислород. Катодные осадки цинка переплавляют и разливают в слитки.

Кек (нерастворенный осадок), получаемый после выщелачивания, подвергают дополнительной переработке с целью доизвлечения из него цинка и других ценных компонентов.

История

Соединения цинка, вероятно, использовались древними людьми в обработанных и необработанных формах в качестве краски или лечебной мази, но их состав неясен. Использование пушпанджана , вероятно оксида цинка, в качестве мази для глаз и открытых ран упоминается в индийском медицинском тексте Чарака Самхита , который, как считается, датируется 500 годом до нашей эры или ранее. Мазь с оксидом цинка упоминается также греческим врачом Диоскоридом (I век нашей эры). Гален предложил лечить изъязвленные раковые образования оксидом цинка, как это сделал Авиценна в своем «Каноне медицины» . Оксид цинка не больше не используется для лечения рака кожи, хотя она по — прежнему используется в качестве ингредиента в продуктах , таких как порошок младенца и кремы против опрелостей , каламиновый крем, анти — перхоти шампуни , и антисептических мазей.

Римляне производили значительное количество латуни (сплава цинка и меди ) еще в 200 г. до н.э. путем цементации, при которой медь вступала в реакцию с оксидом цинка. Считается, что оксид цинка был получен путем нагрева цинковой руды в шахтной печи. При этом выделялся металлический цинк в виде пара, который затем поднимался в дымоход и конденсировался в виде оксида. Этот процесс был описан Диоскоридом в I веке нашей эры. Оксид цинка также был извлечен из цинковых рудников в Заваре в Индии , начиная со второй половины первого тысячелетия до нашей эры.

С 12 по 16 века цинк и оксид цинка были признаны и производились в Индии с использованием примитивной формы процесса прямого синтеза. Из Индии производство цинка переместилось в Китай в 17 веке. В 1743 году в Бристоле , Соединенное Королевство , был открыт первый в Европе цинковый завод .

В основном оксид цинка (цинковый белила) использовался в красках и в качестве добавки к мазям. К 1834 году цинковый белила считали пигментом масляных картин, но он плохо смешивался с маслом. Эта проблема была решена путем оптимизации синтеза ZnO. В 1845 году компания LeClaire в Париже производила масляную краску в больших масштабах, а к 1850 году цинк-белила производились по всей Европе. Успех белой цинковой краски был обусловлен ее преимуществами перед традиционной белой свинцовой краской: цинк-белила устойчивы на солнце, не чернеют от серосодержащего воздуха, нетоксичны и более экономичны. Поскольку цинк-белила настолько «чистые», они ценны для создания оттенков с другими цветами, но они образуют довольно хрупкую сухую пленку, когда не смешиваются с другими цветами. Например, в конце 1890-х — начале 1900-х годов некоторые художники использовали цинковый белила в качестве основы для своих масляных картин. На всех этих картинах с годами образовались трещины.

В последнее время большая часть оксида цинка использовалась в резиновой промышленности для защиты от коррозии . В 1970-х годах вторым по величине применением ZnO было фотокопирование . В качестве наполнителя в фотокопировальную бумагу был добавлен высококачественный ZnO, произведенный по «французской технологии». Это приложение вскоре было вытеснено титаном .

№5. Где можно использовать холодное цинкование?

Оцинковка холодным способом подходит для любой стали, кроме высокопрочной и сплава с повышенным содержанием магния. Требований к размеру, массе, форме, толщине изделий не существует. Метод подходит для уже изготовленных и установленных изделий (в том числе, крупных металлоконструкций). Демонтировать их не нужно.

Использовать оцинковку можно и на производстве, и при обслуживании и ремонте элементов инфраструктуры (например, трубопроводов, цистерн и вышек), и в обычной жизни для таких конструкций, как:

  • кровли;
  • заборы и калитки, ворота;
  • гаражи, изготовленные из металла;
  • днище и другие кузовные детали автомобилей;
  • арматура;
  • различные емкости и резервуары;
  • тележки, сельскохозяйственные и строительные инструменты.
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.