цинк это какой металл

Цинк: производство и применение

Цинк – это металл, стоящий в таблице Менделеева, под номером 30 и имеет обозначение Zn. Плавится при температуре 419 °С градусов, если же температура кипения 913 °С – начинает превращаться в пар. При температурном обычном режиме, состояние хрупкое, а при ста градусах начинает гнуться.

Цвет цинка сине-белый. При воздействии кислорода появляется окисление, а также покрытие карбоната, предохраняющего металл от дальнейшей реакции окисления. Появление на цинке гидроокиси обозначает то, что вода на химический элемент не действует.

Цинк — химический элемент, имеет свои отличительные свойства, преимущества и недостатки. Он широко применяется в повседневной жизни человека, в фармацевтике и металлургии.

Особенности цинка

Металл является необходимым и широко применяемым практически во всех отраслях повседневной жизни человека.

Добыча в основном, производится в Иране, Казахстане, Австралии, Боливии. В России изготовителем является ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Это переходной металл, имеет степень окисления +2, радиоактивный изотоп, период полураспада 244 дня.

Водный арсенат кадмия, цинка и меди

В чистом виде элемент не добывается. Содержится в рудах и минералах: клейофане, марматите, вюртците, цинките. Обязательно присутствует в сплаве с алюминием, медью, оловом, никелем.

Химические, физические свойства и характеристики цинка

Цинк – металл, обладает рядом свойств и характеристик, отличающих его от иных элементов периодической таблицы.

К физическим свойствам цинка относится его состояние. Основным фактором выступает температурный режим. Если при комнатной температуре это хрупкий материал, плотность цинка 7130 кг/м 3 (˃ плотности стали), который практически не гнётся, то при повышении он легко изгибается и прокатывается в листах на заводах. Если взять более высокий температурный режим – материал приобретает жидкое состояние, а если еще поднять температуру на 400-450 °С градусов, тогда он просто испарится. В этом уникальность – менять своё состояние. Если же подействовать кислотами и щелочами, он может рассыпаться, взорваться, расплавиться.

Цинк в жидком состоянии

Формула цинка Zn – zincum. Атомная масса цинка 65.382 а.е.м.

Кристаллическая решётка цинка – шестиугольная кристаллическая система с плотно прижатыми атомами. Данные решётки: A=2.66У, С=4.94.

Структура и состав цинка

Добытый и не переработанный материал имеет изотопы 64, 66, 67, электроны 2-8-18-2.

По применению среди всех элементов периодической таблицы металл стоит на 23 месте. В природе элемент выступает в виде сульфида с примесями свинца Pb, кадмия Cd, железа Fe, меди Cu, серебра Ag.

В зависимости от того, какое количество примесей, металл имеет маркировку.

Производство цинка

Как было сказано выше, чистого вида данного элемента в природе нет. Он добывается из иных пород, таких как руда – кадмий, галлий, минералы – сфалерит.

Металл получают на заводе. Каждый завод имеет свои отличительные особенности производства, поэтому оборудование для получения чистого материала различно. Оно может быть таким:

В зависимости от принимаемого метода добычи металла, задействовано соответствующее оборудование.

Получение чистого цинка

Как упоминалось выше – в природе чистого вида нет. В основном добыча производится из руд, в которых он идет с различными элементами.

Для получения чистого материала задействован специальный флотационный процесс с избирательностью (селективностью). После проведения процесса руда распадается на элементы: цинк, свинец, медь и так далее.

Добытый таким методом чистый металл обжигается в специальной печи. Там при определенных температурах сульфидное состояние материала переходит в оксидное. При обжиге выделяется газ с содержанием серы, направляемый для получения серной кислоты.

Есть 2 способа получения металла:

Выплавка цинка в печи

Температура плавления цинка в печи 419-480 °С градусов. Если же температурный режим превышен, тогда материал начинает испаряться. При данной температуре допускается примесь железа 0.05%.

При процентной ставке 0.2 железа, лист невозможно будет прокатать.

Применяются различные способы выплавки чистого металла, вплоть до получения цинковых паров, которые направляются в специальные резервуары и там вещество опадает вниз.

Применение металла

Свойства цинка позволяют его применение во многих сферах. В процентном соотношении:

А также применение цинка необходимо для восстановления таких металлов, как золото, серебро, платина.

Цинк в металлургии

Металлургическая промышленность задействует данный элемент периодической таблицы как основной для достижения определенных целей. Выплавка чугуна, стали является главной во всей металлургии страны. Но, данные металлы подвержены негативному влиянию окружающей среды. Без определенной обработки идет быстрое окисление металлов, что приводит к их порче. Наилучшей защитой служит оцинкование.

Нанесение защитной плёнки на чугун и сталь является лучшим средством от коррозии. На оцинкование уходит около 40% всего производства чистого материала.

Способы оцинкования

Металлургические заводы отличительны не только своим оборудованием, но и применяемыми методами производства. Это зависит от ценовой политики, и месторасположения (природных ресурсов, используемых для металлургической промышленности). Есть несколько методов оцинкования, которые рассматриваются ниже.

Горячий способ оцинкования

Данный способ заключается в обмакивании металлической детали в жидком растворе. Происходит это так:

Горячее цинкование металлоконструкций

Но, данный метод имеет ряд недостатков:

А также данный метод не подходит для изделий, покрытых лакокрасочными материалами.

Холодное оцинкование

Этот метод носит 2 названия: гальванический и электролитический. Методика покрытия изделия защитой от коррозии такова:

Благодаря этому методу защитой покрываются детали с точным допуском, изделия, покрытые лакокрасочными материалами. Повышается стойкость к внешним факторам, приводящим к коррозии.

Недостатки данного метода: тонкий защитный слой – до 35 мкм. Это приводит к меньшей защите и небольшим срокам защиты.

Термодиффузионный способ

Данный метод делает покрытие, которое является электродом с положительной полярностью, в то время как металл изделия (сталь) становится отрицательной полярности. Появляется электрохимический защитный слой.

Метод применим только в случае, если детали произведены из углеродистой стали, чугуна, стали с примесями. Цинк используется таким образом:

В основном данным методом пользуются в случае, если требуется покрыть детали, имеющие сложную форму: резьбу, мелкие штрихи. Образование равномерного защитного слоя является важным, поскольку данные детали претерпевают множественное воздействие внешней агрессивной среды (постоянная влага).

Данный метод дает самый большой процент защиты изделия от коррозии. Оцинкованное напыление является износостойким и практически нестираемым, что очень важно для деталей, которые время о времени крутятся и разбираются.

Иные сферы применения цинка

Помимо оцинкования, металл применяется и в других сферах промышленности.

В домашнем обиходе оцинкованное ведро, корыто, листы на крыше – это норма. Применяется цинк, а не хром или никель. И дело не только в том, что оцинкование дешевле, чем покрытие другими материалами. Это наиболее надёжный и продолжительный по службе эксплуатации защитный материал нежели, хром или другие применяемые материалы.

В итоге – цинк наиболее распространенный металл, применяемый широко в металлургии. В машиностроении, строительстве, медицине – материал применим не только как защита от коррозии, но и для увеличения прочности, продолжительного срока эксплуатации. В частных домах оцинкованные листы защищают крышу от осадков, в зданиях выравниваются стены и потолки гипсокартонными листами на основе оцинкованных профилей.

Практически у каждой хозяйки в доме есть оцинкованное ведро, корыто, которым она пользуется длительное время.

Источник

Цинк – польза и ограничения для человека

Цинк прочно прописался в жизни людей. Это и оцинкованная посуда, и сетка-рабица, и компонент витаминно-минеральных аптечных комплексов. Но металл коварен, взаимодействие с ним требует осмотрительности.

Что представляет собой

Цинк – это химический элемент, простое по составу вещество. При обычных условиях – хрупкий блестящий белый металл с голубоватостью.

По классификации цветных металлов причислен к «тяжелой» группе.

Международное обозначение – Zn (Zincum).

История

В древнем мире знали латунь (медно-цинковый сплав). Получить цинк как металл удалось к XVIII веку англичанину Вильяму Чемпиону. Он же основал первый завод. Позже его соотечественники разработали способ прокатки металла.

Однако первооткрывателем в историю вошел немец Андреас Маргграф. Он отработал схожий метод, детально прописав технологию.

В России пробную партию цинка получили к 1905 году.

Через десять лет в Северной Америке цинк добыли электролитическим способом.

Термины zincum, zinken первым применил химик и лекарь Средневековья Парацельс. Оно созвучно немецкому слову «зубец». Так выглядят фрагменты металлического цинка.

Физико-химические характеристики

На воздухе блестящий металл покрывается пленкой-оксидом. Из-за такого химического свойства выглядит тусклым.

Взаимодействие с металлами начинается при 450°С.

Главный минус металла: увеличение хрупкости в разы от малой толики примесей.

Сгибая цинковую пластинку, можно услышать треск. Его порождает структура решетки.

Нахождение в природе

Нахождение в природе самородного цинка не зафиксировано, только почти семь десятков минералов.

Самый «раскрученный» – сфалерит. Это сульфид цинка плюс примеси, придающие разноцветность.

Сфалерит

Второе название – цинковая обманка – обусловлено трудностью определения элемента (от древнегреческого σφαλερός – обманщик). Он классифицируется как первичный, «родитель» других минералов: смитсонита, цинкита, каламина. А также «бурундучной» руды. Так окрестили жители Алтая пестрый конгломерат цинковой обманки с бурым шпатом.

Запасы

Маркеры при добыче цинка – кислые либо основные породы вулканического происхождения.

Среднее содержание металла в коре планеты – 8,3х10-3%.

Это подвижный активный элемент: реки, термальные, грунтовые воды переносят его со свинцом, сероводородом, глинами. В результате формируется осадок из сульфидов цинка.

Крупными запасами располагают Австралия, Боливия, Казахстан, Иран.

У России это Таймыр, Красноярский край. Запасы оцениваются полумиллионом тонн.

Технология получения

Благодаря химическим и физическим свойствам металл – четвертый в мире по востребованности (впереди только железо, алюминий, медь). Мировое производство исчисляется миллионами тонн ежегодно.

Его добывают из полиметаллических руд (0,9-3,9% цинка). Руды обогащают методом разделительной флотации. Получаются концентраты: цинковые (52-61%), свинцовые, медные.

Электролитический (гидрометаллургический) метод

Главный метод получения чистого цинка:

Оттуда его соскребают, отправляют на выплавку в печи.

Пирометаллургический (дистилляционный) метод

Концентрат обжигают, спекают, после чего восстанавливают коксом либо углем. Образующиеся пары металла превращают в конденсат, разливают по изложницам.

Жидкий металл очищают от железа, свинца отстаиванием при 500°C. Примесей остается 1,3%. Чистоты 99,994% (плюс извлечение кадмия) добиваются ректификацией.

Способы оцинкования

Металлы ржавеют в воде, влажном воздухе. Для решения этой проблемы их покрывают защитным слоем. Самый распространенный материал – цинк. Попутно обеспечивается защита от воздействия тока и химикалий.

Различные способы оцинкования металла создают покрытие толщиной 0,005 – 1,5 мм.

Слой металла наносят несколькими способами.

Холодный

Применяется на любых материалах, кроме сплавов магния и высокопрочной стали.

Поверхность очищают от пыли, грязи, ржавчины, окалины. Наносят состав для холодной цинковки.

Холодное оцинкование – единственный из методов, который возможно проводить в домашней мастерской.

Горячий

Образец очищается, моется, протравливается, погружается в ванну с расплавленным цинком. На поверхности формируется покрытие в 0,035-0,097 мм.

Горячий способ оцинкования оптимален по соотношению цена – надежность – универсальность.

Гальванический

На очищенную поверхность способом электролиза наносится слой цинка. Электролитом служит водно-цинковая среда.

Воздействие постоянного тока на поверхность заготовки (катод) осаждает ионы цинка (выделяются электролитом). Анодом выбирают цинковый материал.

Технология позволяет создавать слой 0,005 – 0,5 мм.

Эти характеристики сделали метод самым востребованным.

Минусы: губительность для экологии, хрупкость изделия при нарушении технологии.

Газотермический

Струя цинковой взвеси напыляется на поверхность изделия под углом.

Плюс: годится для обработки изделий любых форм, габаритов. Термодиффузионный

Реторту с шихтой и образцами помещают в камеру, снабженную индуктором. Тепло от реторты, изделий нагревает шихту.

В магнитном поле индуктора в изделиях образуются токи, нагревающие их за полчаса до 500-800°C.

Результат: 98% верхнего слоя покрытия – чистый цинк.

Толщина металлического слоя при термодиффузионном способе определяется параметрами изделий, шихты, временем прогрева, температурой.

Где применяется

Свойства металла, его сплавов, соединений обусловили их использование в металлургии, электротехнике, медицине.

Чистый металл

До середины XX века популярной сферой применения цинка была полиграфия. Для создания черно-белых иллюстраций в газетах или книгах использовался метод цинкографии. На цинковой пластине кислотой вытравливалось изображение. Затем с нее на печатной машине делались оттиски.

Слитки цинка

Сплавы

Цинк востребован как компонент сплавов с металлами. Например, латуни.

Она используется машиностроителями для точного литья:

Пятая часть сырья идет на производство автошин и масляных красок.

Соединения

Применение нашли соединения металла, созданные природой или человеком:

Фосфитом металла изничтожают грызунов.

Значение для человека

Цинк – незаменимый компонент тканей тела. Второй по количеству после железа микроэлемент. Без него не синтезируются белок, нуклеиновые кислоты.

Жизненные процессы

Металл задействован при следующих процессах:

Организм человека средней комплекции содержит до 2 г соединений цинка.

Места аккумуляции металла – мышечная ткань, печень, поджелудочная железа, простата.

Питание

Суточный «норматив» цинка для женщин/мужчин – 9/12 мг.

Дефицит цинка порождает раздражительность, депрессию. На физическом плане – анемичность, немотивированное истощение, амнезию, ослабление зрения, аллергию.

Применение металла медициной – окись цинка (цинковая мазь). Это популярный антисептик, противовоспалительное средство.

Предостережение

Неконтролируемое поступление металла в организм вызывает отравление. Его порождают сульфаты или хлориды. Они могут образоваться при хранении пищи в оцинкованной посуде.

Симптомы отравления парами цинка:

Человек чувствует себя разбитым, усталым. Ощущает сонливость, боль в груди.

Для тяжелой формы отравления достаточно 1 грамма сульфата цинка.

Выводить токсины нужно немедленно. Их присутствие провоцирует малокровие, торможение роста, бесплодие.

Источник

ЦИНК — утраченный и обретенный

Цинк — металл, давно известный человеку. Древние египтяне лечили цинковой мазью раны. Португальские купцы в XV и XVI веках привозили в Европу металл, но называли его «индийским оловом».

Обходились без чистого цинка

Цинк — это удивительный металл. Сплав его с медью был известен в древности во многих странах. Латунь описывал еще Аристотель, алхимики прокаливали карбонат цинка с углем, получая «философскую шерсть». А вот чистого металла люди еще не знали. Но не везде. В индийском Раджастане нашли остатки плавильного оборудования, и остатки соединений цинка.

Совсем непонятна находка цинковой статуэтки на землях древней Дакии. Статуэтка датируется доримской эпохой. В журнале «Химия и жизнь» рассказали о находке цинковой сережки на Северном Кавказе. Возраст — более 5000 лет! Скорее всего, люди не раз находили и утрачивали секрет выплавки цинка.

Белый налет или бельмо?

Слово «цинк» первым использовал Парацельс.

Лингвистам бывает сложно отследить происхождение названий. Имя (название) нашего нынешнего героя возводят к персидскому слову «ченг» (Tschang); древнегерманское «цинко» означало бельмо на глазу (вполне соотносится с цветом металла), или Zinke — «зубец».

В разные времена и в разных странах имя металла менялось. Это были «шпиаутер», «спелтер», «тутия» (Tutia). Нынешнее имя металл получил в начале прошлого века.

Свойства металла

Наш хрупкий герой — переходный металл синевато-белого цвета. На воздухе быстро окисляется, темнеет от пленки оксида.

В таблице Менделеева этот химический элемент находится в 12 группе (по старой классификации во II группе четвертого периода).

Химические свойства цинка обусловлены его «темпераментом». До щелочноземельных металлов ему далековато, но в реакции он вступает охотно. В реакциях проявляет степени окисления 0; +2.

Взаимодействие с металлами происходит в расплавленном состоянии, но это мало касается химических реакций.

Физические свойства цинка:

В природе металл состоит из пяти изотопов:

Смесь металлов — это сплав

Сплавы для промышленного использования содержат Zn-Al и Zn-Al-Cu. Почти всегда в состав добавляется магний (не более 0,1%). Сплавы цинка делятся на антифрикционные и литейные.

Месторождения и руды

Нахождение в природе минералов, содержащих цинк, приурочено к терригенным и карбонатно-терригенным, вулканогенных формациям, известнякам и скарнам.

Происхождение металл берет в медно-цинковых, свинцово-цинковых, сульфидных рудах.

Самородный цинк существует, но встречается настолько редко, что его нельзя принимать в качестве металлургического сырья.

Извлекают руды в основном шахтным способом.

Основные руды на цинк:

Где искать цинк

Месторождения в мире (разведанные и подтвержденные) обещают, что цинком человечество обеспечено на 40 лет вперед.

Запасы в природе (в порядке уменьшения) распределены следующим образом:

Данные могут отличаться по разным статистическим источникам.

Мелкие месторождения имеют около 70 стран, но далеко не везде металл добывают.

Добыча в России возможна в Крыму, на Дальнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке. Несмотря на огромный потенциал в запасах, Россия имеет не более 3% мировой добычи, да и потребляет металла мало. В основном он идет на экспорт.

Производство металла

Невысокая температура кипения замедлила развитие промышленного производства металла. Обычные способы производства (нагревом смеси руды и угля) не проходили. Цинк испарялся и в виде паров уходил из печи с дымовыми газами. Когда научились конденсировать пары, появился дистилляционный метод выплавки, а производство металла увеличилось.

Сейчас в металлургии цинковые концентраты перерабатывают двумя методами — гидро- и пирометаллургическим.

В обоих случаях вначале происходит выплавка (обжиг) обогащенной руды в печи.

С помощью огненной металлургии цинк начали получать уже давно. Способ морально устарел; сейчас с его помощью выплавляют около 20% металла.

Остальные 80% получают гидрометаллургическим (электролитическим) методом.

Он нужен человеку

Сферы применения нашего героя очень широки, будь то чистый металл, его соединения или сплавы.

В порошкообразном состоянии он используется в качестве восстановителя во многих химических процессах. Это очистка растворов цинкового купороса, осаждение золота из растворов.

Сульфид цинка, активированный серебром, применяют в радиолокации.

Головной болью потребителей изделий из металлов (особенно черных) является ржавчина. Тут отлично помогает покрытие защитным металлом.

Способы оцинкования метизов и крепежа:

Плюсы метода: защитный слой образуется даже в труднодоступных местах.

Минус — ограничение температуры эксплуатации изделия (не более 370 градусов).

Применение металла в строительстве естественно. Нержавеющие прочные крыши всегда «в тренде».

Батарейки, аккумуляторы содержат цинк. Многие химические источники тока содержат металл в отрицательном электроде.

Соединения металла пользуются спросом. Хлорид цинка применяют в производстве фибры, как флюс для пайки. Полиграфия стала использовать для литер сплав, содержащий почти 95% цинка (остальное алюминий и магний). В позапрошлом веке начали использовать цинкографию для иллюстраций печатных книг. Книги с картинками всегда интереснее, правда?

Он нужен всем

Цинк как микроэлемент необходим организму человека. Это естественный иммуномодулятор, регулятор функций центральной нервной системы, антиоксидант.

Наш организм — это большая совершенная лаборатория, где ежеминутно проходят множество реакций. Наш герой участвует в десятках из них: синтез белков, выработка пищеварительных ферментов, правильный метаболизм кислот. Мало цинка — получайте массу проблем в разных «точках» тела. А решить их просто, всего-то дать себе, любимому, нужное количество нужного микроэлемента.

Беременным в первом триместре необходимы препараты нашего героя, иначе не избежать токсикоза и всех связанных с ним «прелестей жизни».

Мужчины, это ваш металл

Журнал Men’s Health назвал цинк «основным микроэлементом для мужского полового здоровья». Роль недостатка металла в развитии половых дисфункций доказана.

Подросткам для правильного развития половых органов цинк необходим. Недостаток может привести к замедлению роста, росту молочных желез, изменению голоса.

Сексуально активные мужчины теряют со спермой значительный запас цинка, поэтому им необходимо пополнять запас металла.

Ученые считают, что цинк предотвращает развитие аденомы простаты.

Не забывайте, что алкоголь «вымывает» полезный микроэлемент из организма. Может, отсюда мудрая поговорка «рожденный пить … любить не может».

Цена вопроса

Стоимость цинка — 2001 USD/тонна (на 13.05.2020); с чистотой 99,995 % он известен под аббревиатурой SHG.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Источник