Cynk alkaliczny. Właściwości chemiczne cynku i jego związków

Jednym z metali, który został odkryty dość dawno temu, ale do dziś nie stracił na znaczeniu w użyciu ze względu na swoje niezwykłe właściwości, jest cynk. Jego właściwości fizyczne i chemiczne umożliwiają wykorzystanie materiału w najróżniejszych gałęziach przemysłu i życiu codziennym. Ma także istotny wpływ na zdrowie człowieka.

Krótka historia odkrycia pierwiastka

Ludzie wiedzieli, czym jest cynk jeszcze przed naszą erą. Przecież to wtedy nauczyli się używać stopów zawierających ten metal. Egipcjanie używali rud zawierających miedź i cynk, przetapiali je i otrzymywali bardzo mocny, odporny na utlenianie materiał. Znaleziono artykuły gospodarstwa domowego i naczynia wykonane z tego materiału.

Nazwa cynk pojawia się w pismach lekarza Paracelsusa z XVI wieku. W tym samym okresie Chińczycy zaczęli aktywnie wykorzystywać metal, odlewając z niego monety. Stopniowo wiedza o tej substancji i jej dobrych właściwościach technicznych dociera do Europy. Następnie w Niemczech i Anglii dowiedzieli się także, czym jest cynk i gdzie można go zastosować.

Mosiądz był jednym z pierwszych i najbardziej znanych stopów, używanym od czasów starożytnych na Cyprze, a później w Niemczech i innych krajach.

Nazwa pochodzi od łacińskiego cynku, jednak etymologia nie jest do końca jasna. Istnieje kilka wersji.

1. Od niemieckiego zinke, co tłumaczy się jako „krawędź”.
2. Od łacińskiego cynku, oznaczającego „białą powłokę”.
3. Perski „cheng”, czyli kamień.
4. Staroniemiecki cynk, co tłumaczy się jako „płytka nazębna”, „ból oczu”.

Obecną nazwę pierwiastek otrzymał dopiero na początku XX wieku. Znaczenie jonów cynku w organizmie człowieka poznaliśmy także stosunkowo niedawno (XX w.). Wcześniej z tym pierwiastkiem nie wiązały się żadne dolegliwości.

Wiadomo jednak, że już w starożytności wiele ludów stosowało zupy z młodej jagnięciny jako środek na powrót do zdrowia i szybki powrót do zdrowia. Dziś można powiedzieć, że efekt został osiągnięty dzięki jonom cynku, których w tym daniu jest naprawdę sporo. Pomógł przywrócić krążenie krwi, złagodzić zmęczenie i aktywować aktywność mózgu.

Pierwiastek Cynk: charakterystyka

Pierwiastek ten znajduje się w układzie okresowym w drugiej grupie, podgrupie wtórnej. Numer seryjny 30, masa cynku - 65,37. Jedynym i stałym stopniem utlenienia jest +2. Konfiguracja elektronowa zewnętrznej warstwy atomu 4s 2.

W tabeli cynk, miedź, kadm, chrom, mangan i wiele innych to metale przejściowe. Należą do nich wszystkie te, których elektrony wypełniają zewnętrzne i przedzewnętrzne podpoziomy energii d i f.

Sole cynku

Prawie wszystkie sole, które nie są podwójne i złożone, to znaczy nie zawierają jonów o obcym zabarwieniu, są bezbarwne. Najbardziej popularne w zastosowaniu przez ludzi są następujące.

1. Chlorek cynku – ZnCL 2. Inna nazwa związku to kwas lutowniczy. Zewnętrznie wygląda jak białe kryształy, które dobrze wchłaniają wilgoć z powietrza. Stosowany do czyszczenia powierzchni metali przed lutowaniem, w celu uzyskania włókna, w akumulatorach, do impregnacji drewna przed obróbką, jako środek dezynfekujący.
2. Siarczek cynku. Biały proszek, szybko żółknący po podgrzaniu. Ma wysoką temperaturę topnienia, w przeciwieństwie do czystego metalu. Wykorzystywany jest do produkcji związków luminescencyjnych nakładanych na ekrany, panele i inne przedmioty. Jest półprzewodnikiem.
3. - popularna trucizna stosowana do usuwania gryzących zwierząt (myszy, szczury).
4. Smithsonit, czyli węglan cynku – ZnCO 3. Bezbarwny, krystaliczny związek, nierozpuszczalny w wodzie. Stosuje się go w produkcji petrochemicznej, a także w reakcjach produkcji jedwabiu. Jest katalizatorem syntezy organicznej i stosowany jest jako nawóz do gleby.
5. Octan cynku - (CH 3 COO) 2 Zn. Bezbarwne kryształy, dobrze rozpuszczalne we wszystkich rozpuszczalnikach dowolnego rodzaju. Znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym, medycznym i spożywczym. Stosowany w leczeniu zapalenia nosa i gardła. Stosowany jako dodatek do żywności E650 - odświeża oddech, po dodaniu gumy do żucia zapobiega powstawaniu kamienia nazębnego. Stosowany jest także do wytrawiania barwników, konserwacji drewna, produkcji tworzyw sztucznych i innych syntez organicznych. Niemal wszędzie pełni rolę inhibitora.
6. Jodek cynku to biały kryształ stosowany w radiografii, jako elektrolit w bateriach i jako barwnik w mikroskopii elektronowej.
7. Czarne lub ciemnozielone kryształy, których nie można otrzymać w drodze bezpośredniej syntezy, ponieważ cynk nie reaguje z azotem. Powstał z metalicznego amoniaku. W wysokich temperaturach rozkłada się z wydzieleniem cynku, dlatego wykorzystuje się go do jego produkcji.
8. Azotan cynku. Bezbarwne, higroskopijne kryształy. Cynk w tej postaci stosowany jest w przemyśle tekstylnym i skórzanym do obróbki tkanin.

Stopy cynku

Jak wspomniano powyżej, najpopularniejszym stopem cynku jest mosiądz. Znany jest od czasów starożytnych i do dziś jest aktywnie wykorzystywany przez ludzi. Jaki on jest?

Mosiądz to miedź i cynk, które harmonijnie łączą się z kilkoma innymi metalami, nadając stopowi dodatkowy połysk, wytrzymałość i ogniotrwałość. Cynk jest zawarty jako pierwiastek stopowy, a miedź jest głównym pierwiastkiem. Kolor materiału jest żółty i błyszczący, ale na świeżym powietrzu w wilgotnym środowisku może zmienić kolor na czarny. Temperatura topnienia wynosi około 950 o C, może zmieniać się w zależności od zawartości cynku (im większa, tym niższa temperatura).

Materiał jest dobrze zwinięty w arkusze, rury i zgrzewany kontaktowo. Ma dobre właściwości techniczne, dlatego wykonane są z niego następujące elementy:

1. Części maszyn i różne urządzenia techniczne.
2. Rękawy i wyroby stemplowane.
3. Nakrętki, śruby, rury.
4. Armatura, tuleje, elementy antykorozyjne do różnego rodzaju transportu.
5. Obejrzyj szczegóły.

Większość metalu, który rozważamy, wydobywanego na świecie, jest przeznaczona specjalnie do produkcji tego stopu.

Innym rodzajem związku międzymetalicznego jest antymonek cynku. Jego wzór to Zn 4 Sb 3. Jest to również stop stosowany jako półprzewodnik w tranzystorach, kamerach termowizyjnych i urządzeniach magnetorezystancyjnych.

Jest oczywiste, że zastosowanie cynku i jego związków jest bardzo szerokie i niemal wszędzie. Metal ten jest tak samo popularny jak miedź i aluminium, srebro i złoto, mangan i żelazo. Jego znaczenie jest szczególnie duże ze względów technicznych jako materiału antykorozyjnego. W końcu różne stopy i produkty są powlekane cynkiem, aby chronić je przed tym niszczycielskim naturalnym procesem.

Rola biologiczna

Czym jest cynk z medycznego i biologicznego punktu widzenia? Czy ma to znaczenie dla życia organizmów i jak duże jest? Okazuje się, że jony cynku po prostu muszą być obecne w organizmach żywych. W przeciwnym razie deficyt doprowadzi do następujących konsekwencji:

• niedokrwistość;
• obniżona insulina;
• alergie;
• utrata masy ciała i pamięć;
• zmęczenie;
• depresja;
• rozmazany obraz;
• drażliwość i inne.

Głównymi miejscami koncentracji jonów cynku w organizmie człowieka są wątroba i mięśnie. To także ten metal jest częścią większości enzymów (na przykład anhydrazy węglanowej). Dlatego większość reakcji katalitycznych zachodzi z udziałem cynku.

Co dokładnie robią jony?

1. Uczestniczą w syntezie męskich hormonów i płynu nasiennego.
2. Wspomaga wchłanianie witaminy E.
3. Weź udział w rozkładzie cząsteczek alkoholu w organizmie.
4. Są bezpośrednimi uczestnikami syntezy wielu hormonów (insuliny, hormonu wzrostu, testosteronu i innych).
5. Bierze udział w hematopoezie i gojeniu uszkodzonych tkanek.
6. Reguluje wydzielanie gruczołów łojowych, utrzymuje prawidłowy wzrost włosów i paznokci, wspomaga procesy regeneracji skóry.
7. Posiada zdolność usuwania toksyn z organizmu i wzmacniania układu odpornościowego.
8. Wpływa na kształtowanie wrażeń smakowych, a także węchu.
9. Bierze udział w procesach transkrypcji, metabolizmie witaminy A, syntezie i rozpadzie jąder komórkowych.
10. Bierze udział we wszystkich etapach wzrostu i rozwoju komórek, a także towarzyszy procesowi ekspresji genów.

Wszystko to po raz kolejny udowadnia, jak ważny jest ten metal. Jego rola w układach biologicznych została wyjaśniona dopiero w XX wieku. Wielu problemów i chorób można było uniknąć w przeszłości, gdyby ludzie wiedzieli o leczeniu lekami na bazie cynku.

Jak utrzymać odpowiednią ilość tego pierwiastka w organizmie? Odpowiedź jest oczywista. Konieczne jest spożywanie pokarmów zawierających cynk. Lista może być długa, dlatego wskażemy tylko te, które mają maksymalną liczbę danego elementu:

• orzechy i nasiona;
• rośliny strączkowe;
• mięso;
• owoce morza, zwłaszcza ostrygi;
• płatki zbożowe i chleb;
• produkty mleczne;
• warzywa, warzywa i owoce.

Zastosowanie u ludzi

Ogólnie wskazaliśmy już, w jakich sektorach i obszarach przemysłu wykorzystuje się cynk. Cena tego metalu i jego stopów jest dość wysoka. Na przykład arkusz mosiądzu o wymiarach 0,6 x 1,5 jest w przybliżeniu wyceniany na 260 rubli. I jest to całkiem uzasadnione, ponieważ jakość materiału jest dość wysoka.

Tak więc stosuje się cynk metaliczny, czyli jako prostą substancję:

• do powłok antykorozyjnych na wyrobach żelaznych i stalowych;
• w bateriach;
• drukarnie;
• jako reduktor i katalizator w syntezach organicznych;
• w metalurgii do izolowania innych metali z ich roztworów.

Wykorzystuje się go nie tylko do celów kosmetycznych, o czym już wspominaliśmy, ale także jako wypełniacz przy produkcji gumy, jako biały pigment w farbach.

Rozważając te związki, rozmawialiśmy o tym, gdzie stosuje się różne sole cynku. Jest oczywiste, że ogólnie cynk i jego substancje są ważnymi i znaczącymi składnikami w przemyśle, medycynie i innych dziedzinach, bez których wiele procesów byłoby niemożliwych lub bardzo utrudnionych.

Stop cynku i miedzi – mosiądz – znany był w starożytnej Grecji, starożytnym Egipcie, Indiach (VII w.), Chinach (XI w.). Przez długi czas nie było możliwe wyizolowanie czystego cynku. W 1746 roku A. S. Marggraf opracował metodę wytwarzania czystego cynku poprzez kalcynację mieszaniny jego tlenku i węgla bez dostępu powietrza w glinianych retortach ogniotrwałych, a następnie kondensację par cynku w lodówkach. Wytapianie cynku na skalę przemysłową rozpoczęło się w XVII wieku.
Łacińskie cynk oznacza „białą powłokę”. Pochodzenie tego słowa nie jest dokładnie ustalone. Prawdopodobnie pochodzi od perskiego „cheng”, chociaż nazwa ta nie odnosi się do cynku, ale w ogóle do kamieni. Słowo „cynk” można znaleźć w pracach Paracelsusa i innych badaczy z XVI i XVII wieku. i być może wraca do starożytnego niemieckiego „cynku” - płytki nazębnej, bólu oczu. Nazwy „cynk” zaczęto powszechnie używać dopiero w latach dwudziestych XX wieku.

Będąc na łonie natury, otrzymując:

Najpopularniejszym minerałem cynku jest sfaleryt, czyli blenda cynku. Głównym składnikiem minerału jest siarczek cynku ZnS, a różne zanieczyszczenia nadają tej substancji wszelkiego rodzaju kolory. Podobno dlatego minerał ten nazywany jest blendą. Blenda cynkowa uważana jest za minerał pierwotny, z którego powstały inne minerały pierwiastka nr 30: smithsonit ZnCO 3, cynkit ZnO, kalamina 2ZnO·SiO 2 ·H 2 O. W Ałtaju często można spotkać rudę pasiastą „wiewiórki” – mieszaninę z blendy cynkowej i brązowego drzewca. Z daleka kawałek takiej rudy naprawdę wygląda jak ukryte zwierzę w paski.
Izolację cynku rozpoczyna się od zatężania rudy metodami sedymentacji lub flotacji, następnie jest on prażony do powstania tlenków: 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2
Tlenek cynku przetwarzany jest elektrolitycznie lub redukowany koksem. W pierwszym przypadku cynk ługuje się z surowego tlenku rozcieńczonym roztworem kwasu siarkowego, zanieczyszczenia kadmowe wytrąca się pyłem cynkowym, a roztwór siarczanu cynku poddaje elektrolizie. Na katodach aluminiowych osadza się metal o czystości 99,95%.

Właściwości fizyczne:

W czystej postaci jest raczej ciągliwym, srebrzystobiałym metalem. W temperaturze pokojowej jest kruchy; przy zginaniu płyty słychać trzask krystalitów (zwykle silniejszy niż „płak cyny”). W temperaturze 100-150°C cynk staje się plastyczny. Zanieczyszczenia, nawet drobne, dramatycznie zwiększają kruchość cynku. Temperatura topnienia - 692°C, temperatura wrzenia - 1180°C

Właściwości chemiczne:

Typowy metal amfoteryczny. Standardowy potencjał elektrody wynosi -0,76 V, w zakresie standardowych potencjałów znajduje się aż do żelaza. Na powietrzu cynk pokrywa się cienką warstwą tlenku ZnO. Pali się, gdy jest zbyt mocno nagrzany. Po podgrzaniu cynk reaguje z halogenami, z fosforem, tworząc fosforki Zn 3 P 2 i ZnP 2, z siarką i jej analogami, tworząc różne chalkogenki, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 i ZnTe. Cynk nie reaguje bezpośrednio z wodorem, azotem, węglem, krzemem i borem. Azotek Zn 3 N 2 powstaje w wyniku reakcji cynku z amoniakiem w temperaturze 550-600°C.
Cynk o zwykłej czystości aktywnie reaguje z roztworami kwasów i zasad, w tym ostatnim przypadku tworząc wodoroksyniany: Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2
Bardzo czysty cynk nie reaguje z roztworami kwasów i zasad.
Cynk charakteryzuje się związkami o stopniu utlenienia +2.

Najważniejsze połączenia:

Tlenek cynku- ZnO, biały, amfoteryczny, reaguje zarówno z roztworami kwasów, jak i zasadami:
ZnO + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (stopienie).
Wodorotlenek cynku- tworzy się w postaci galaretowatego białego osadu po dodaniu zasady do wodnych roztworów soli cynku. Wodorotlenek amfoteryczny
Sole cynku. Bezbarwne substancje krystaliczne. W roztworach wodnych jony cynku Zn 2+ tworzą wodne kompleksy 2+ i 2+ i ulegają silnej hydrolizie.
Cynkany powstają w wyniku oddziaływania tlenku lub wodorotlenku cynku z zasadami. Po stopieniu powstają metacyniany (na przykład Na 2 ZnO 2), które rozpuszczając się w wodzie, zamieniają się w tetrahydroksocynki: Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O = Na 2. Po zakwaszeniu roztworów wytrąca się wodorotlenek cynku.

Aplikacja:

Produkcja powłok antykorozyjnych. - Cynk metaliczny w postaci sztabek służy do zabezpieczania wyrobów stalowych mających kontakt z wodą morską przed korozją. Około połowa całego produkowanego cynku wykorzystywana jest do produkcji stali ocynkowanej, jedna trzecia jest wykorzystywana do cynkowania ogniowego gotowych produktów, a pozostała część jest wykorzystywana do produkcji taśm i drutu.
- Stopy cynku i mosiądzu (miedź plus 20-50% cynku) mają ogromne znaczenie praktyczne. Oprócz mosiądzu do odlewania ciśnieniowego wykorzystuje się szybko rosnącą liczbę specjalnych stopów cynku.
- Kolejnym obszarem zastosowań jest produkcja akumulatorów z ogniwami suchymi, chociaż w ostatnich latach liczba ta znacznie spadła.
- Tellurek cynku ZnTe stosowany jest jako materiał na fotorezystory, odbiorniki promieniowania podczerwonego, dozymetry i liczniki promieniowania. - Octan cynku Zn(CH 3 COO) 2 stosowany jest jako utrwalacz do barwienia tkanin, środek konserwujący drewno, środek przeciwgrzybiczy w medycynie i katalizator w syntezie organicznej. Octan cynku jest składnikiem cementów dentystycznych i stosowany jest do produkcji szkliw i porcelany.

Cynk jest jednym z najważniejszych pierwiastków biologicznie aktywnych i jest niezbędny dla wszystkich form życia. Swoją rolę zawdzięcza głównie temu, że wchodzi w skład ponad 40 ważnych enzymów. Ustalono funkcję cynku w białkach odpowiedzialną za rozpoznawanie sekwencji zasad w DNA i w związku z tym regulację przekazywania informacji genetycznej podczas replikacji DNA. Cynk bierze udział w metabolizmie węglowodanów za pomocą hormonu zawierającego cynk, insuliny. Witamina A jest skuteczna tylko w obecności cynku. Cynk jest również niezbędny do tworzenia kości.
Jednocześnie jony cynku są toksyczne.

Bespotestnykh S., Shtanova I.
Uniwersytet Państwowy HF Tiumeń, grupa 571.

Źródła: Wikipedia:

Właściwości chemiczne

Zewnętrzna konfiguracja elektronowa atomu Zn to 3d 10 4s 2. Stopień utlenienia związków wynosi +2. Normalny potencjał redoks wynoszący 0,76 V charakteryzuje cynk jako aktywny metal i energetyczny środek redukujący. W powietrzu o temperaturze do 100°C cynk szybko matowieje, pokrywając się powierzchniową warstwą zasadowych węglanów. Na powietrzu cynk pokrywa się cienką warstwą tlenku ZnO. Po mocnym podgrzaniu spala się, tworząc amfoteryczny biały tlenek ZnO.

2Zn + O2 = 2ZnO

Suchy fluor, chlor i brom nie reagują z cynkiem na zimno, ale w obecności pary wodnej metal może się zapalić, tworząc na przykład ZnCl2. Ogrzana mieszanina proszku cynku i siarki daje siarczek cynku ZnS. Siarczek cynku wytrąca się, gdy siarkowodór działa na słabo kwaśne lub amoniakalne wodne roztwory soli Zn. Wodorek ZnH2 otrzymuje się w reakcji LiAlH4 z Zn(CH3)2 i innymi związkami cynku; substancja przypominająca metal, która pod wpływem ogrzewania rozkłada się na pierwiastki.

Azotek Zn 3 N 2 - czarny proszek, powstaje po podgrzaniu do 600 ° C w strumieniu amoniaku; stabilny w powietrzu do 750°C, rozkłada się w wodzie. Węglik cynku ZnC 2 otrzymano poprzez ogrzewanie cynku w strumieniu acetylenu. Silne kwasy mineralne silnie rozpuszczają cynk, szczególnie po podgrzaniu, tworząc odpowiednie sole. Podczas interakcji z rozcieńczonym HCl i H 2 SO 4 uwalnia się H 2, a z HNO 3 dodatkowo NO, NO 2, NH 3. Cynk reaguje ze stężonym HCl, H 2 SO 4 i HNO 3, uwalniając odpowiednio H 2, SO 2, NO i NO 2. Roztwory i stopy zasad utleniają cynk, uwalniając H2 i tworząc rozpuszczalne w wodzie cynkity. Intensywność działania kwasów i zasad na cynk zależy od obecności w nim zanieczyszczeń. Czysty cynk jest mniej reaktywny w stosunku do tych odczynników ze względu na wysokie przepięcie wodoru. W wodzie sole cynku hydrolizują po podgrzaniu, uwalniając biały osad wodorotlenku Zn(OH)2. Znane są złożone związki zawierające cynk, na przykład SO 4 i inne.

Tlenek cynku reaguje zarówno z roztworami kwasów:

ZnO + 2HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + H 2 O

i z alkaliami:

ZnO + 2NaOH (fuzja) = Na 2 ZnO 2 + H 2 O

Cynk o zwykłej czystości aktywnie reaguje z roztworami kwasów:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

i roztwory alkaliczne:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2

tworząc hydroksyniany. Bardzo czysty cynk nie reaguje z roztworami kwasów i zasad. Interakcja rozpoczyna się po dodaniu kilku kropli roztworu siarczanu miedzi CuSO4.

Po podgrzaniu cynk reaguje z niemetalami (z wyjątkiem wodoru, węgla i azotu). Aktywnie reaguje z kwasami:

Zn + H 2 SO 4 (rozcieńczony) = ZnSO 4 + H 2

Cynk jest jedynym pierwiastkiem z grupy, który rozpuszcza się w wodnych roztworach zasad, tworząc jony 2– (hydroksycyniany):

Zn + 2OH – + 2H 2 O = 2– + H 2

Kiedy metaliczny cynk rozpuszcza się w roztworze amoniaku, tworzy się kompleks amoniaku:

Zn + 4NH3H2O ​​= (OH)2 + 2H2O + H2

Wstęp

Pierwiastek cynk (Zn) w układzie okresowym ma numer seryjny 30. Znajduje się w czwartym okresie drugiej grupy. Masa atomowa - 65,37. Rozkład elektronów w warstwach 2-8-18-2

Pochodzenie nazwy pierwiastka jest niejasne, ale wydaje się prawdopodobne, że pochodzi ona od słowa Zinke (po niemiecku „punkt” lub „ząb”) ze względu na wygląd metalu.

Cynk to niebiesko-biały metal, który topi się w temperaturze 419°C i zamienia się w parę w temperaturze 913°C; jego gęstość wynosi 7,14 g/cm3. W zwykłych temperaturach cynk jest dość kruchy, ale w temperaturze 100-110 C dobrze się wygina i zwija w arkusze. Na powietrzu cynk pokrywa się cienką warstwą tlenku lub zasadowego węglanu, chroniąc go przed dalszym utlenianiem.

Woda prawie nie ma wpływu na cynk, chociaż znajduje się w szeregu napięcia znacznie na lewo od wodoru. Wyjaśnia to fakt, że wodorotlenek powstający na powierzchni cynku podczas interakcji z wodą jest praktycznie nierozpuszczalny i uniemożliwia dalszy przebieg reakcji. W rozcieńczonych kwasach cynk łatwo rozpuszcza się, tworząc odpowiednie sole.

Ponadto cynk, podobnie jak beryl i inne metale tworzące amfoteryczne wodorotlenki, rozpuszcza się w zasadach. Jeśli cynk zostanie podgrzany w powietrzu do temperatury wrzenia, jego pary zapalają się i spalają zielonkawo-białym płomieniem, tworząc tlenek cynku

Po podgrzaniu cynk reaguje z niemetalami (z wyjątkiem wodoru, węgla i azotu). Aktywnie reaguje z kwasami:

Zn + H2SO4 (rozcieńczony) = ZnSO4 + H2

Cynk jest jedynym pierwiastkiem z grupy, który rozpuszcza się w wodnych roztworach zasad, tworząc jony (hydroksycyniany):

Zn + 2OH + 2H2O = + H2

1. Surowce do produkcji cynku

Instytut Badawczy „Uralmekhanobr” (własność UMMC) opracował technologię ekstrakcji metalizowanych peletek i koncentratu cynku z odpadów hutniczych z branży elektrycznej. Nowa metoda umożliwi hutnikom pozyskiwanie niedrogich surowców i rozwiązywanie problemów środowiskowych.

Źródłem cynku jest ruda, która zwykle występuje w stanie siarczkowym, a cynk reprezentowany jest głównie przez sfaleryt (ZnS). Rudy są zawsze złożone i zawierają oprócz cynku ołów, miedź, żelazo, srebro itp. Ostatnio w krajach o wysokim zużyciu zastosowano surowce wtórne.

Surowcem jest koncentrat cynku. Jako materiał wyjściowy wykorzystuje się nie tylko materiały mineralne i wtórne, ale także produkty zawierające cynk z innych gałęzi przemysłu: żużle i pyły z hutniczej produkcji ołowiu, miedzi, cyny, żeliwa. Produkty te są znacznie uboższe w cynk niż koncentraty cynku i nadal zaliczane są do surowców cynkowych. Do niedawna żużle cynkowe uważano za produkty odpadowe, chociaż zawierają znaczne ilości cynku, zwłaszcza w żużlach ołowiowych (10-17% cynku).

Rozmieszczenie cynku w przyrodzie i jego ekstrakcja przemysłowa. Zawartość cynku w skorupie ziemskiej wynosi 7,6 · 10–3%, jest w przybliżeniu taka sama jak rubidu (7,8 · 10–3%) i nieco większa niż miedź (6,8 · 10–3%).

Głównymi minerałami cynku są siarczek cynku ZnS (znany jako blenda cynku lub sfaleryt) i węglan cynku ZnCO3

Kanada zajmuje pierwsze miejsce na świecie pod względem produkcji (16,5% światowej produkcji, 1113 tys. ton, 1995) i zasobów cynku. Ponadto bogate złoża cynku skoncentrowane są w Chinach (13,5%), Australii (13%), Peru (10%), USA (10%), Irlandii (około 3%).

Wydobycie cynku prowadzone jest w 50 krajach. W Rosji cynk wydobywa się ze złóż pirytu miedzi na Uralu, a także ze złóż polimetalicznych w górach południowej Syberii i Primorye. Duże zasoby cynku skoncentrowane są w Rudnym Ałtaju (wschodni Kazachstan), co odpowiada za ponad 50% produkcji cynku w krajach WNP. Cynk wydobywa się także w Azerbejdżanie, Uzbekistanie (złoże Almalyk) i Tadżykistanie.

Innowacyjność technologii polega na tym, że pozwala ona na jednoczesne pozyskiwanie z odpadów cynku i żelaza metalicznego. Wcześniej nie było to możliwe. Istotę procesu wyjaśnił kierownik wydziału aglomeracji rud i koncentratów na Uralmekhanobrze Samuil Melamud: „Pył wraz z żużlem wielkopiecowym i innymi odpadami zawierającymi żelazo jest granulowany i ładowany do specjalnie utworzonego pieca obrotowego. Tworzy specjalną atmosferę i reżim wypalania (w tym tkwi know-how), który umożliwia ekstrakcję cynku i metalizację żelaza obecnego w postaci tlenku. Cynk jest wychwytywany w tekstylnych filtrach workowych, a pelety są schładzane, przetwarzane i przekazywane do obróbki metalurgicznej.

Według naukowców z jednej tony pyłu można uzyskać średnio 300 – 350 kg metalicznego żelaza i 50 – 70 kg cynku. Nowa metoda recyklingu odpadów pozwoli na wykorzystanie tanich surowców wtórnych, obniży koszty składowania odpadów niebezpiecznych i zmniejszy opłaty za korzystanie ze środowiska. W rezultacie koszt powstałego cynku będzie o 15 - 20% niższy od jego obecnych cen światowych (1,9 tys. ton na Londyńskiej Giełdzie Metali). Okres zwrotu kosztów nowych instalacji o wielkości przerobu 20–30 tys. ton rocznie wynosi nie więcej niż cztery lata.

Obecnie przygotowywane jest studium wykonalności ekonomicznej możliwości wprowadzenia technologii w przedsiębiorstwach UMMC: Zakład Metalurgiczny im. AK Serow, Vtortsvetmet (Kłoda Suchoj), Zakłady miedzi i siarki w Miednogorsku. W przyszłości planowana jest sprzedaż licencji na prawo do korzystania z know-how innym spółkom metalowym.

Naukowcy z OJSC Uralmekhanobr (przedsiębiorstwa kompleksu naukowego UMMC) wraz ze specjalistami UMMC opracowali nową technologię dla krajowych i zagranicznych przedsiębiorstw hutnictwa żelaza w celu ekstrakcji cynku i żelaza z pyłu z produkcji pieców elektrycznych. Innowacyjność technologii polega na tym, że pozwala ona na jednoczesne pozyskiwanie z surowców cynku i żelaza metalicznego, co wcześniej nie było możliwe.

Według jednego z autorów opracowania, kierownika wydziału aglomeracji rud i koncentratów w Uralmekhanobr OJSC, Samuila Melamuda, technologia zapewnia ekstrakcję metalizowanych peletek i koncentratu cynku poprzez prażenie redukcyjne pyłu zawierającego cynk. Wstępne wyniki wykazały, że z tony pyłu z Zakładów Metalurgicznych. AK Serowa, można uzyskać 300–350 kg metalicznego żelaza i 50–70 kg cynku.

„Rosnące koszty wydobycia surowców kruszcowych i złomu, ograniczone zasoby naturalne oraz spodziewany wzrost kar za zanieczyszczenie środowiska w naturalny sposób powodują, że przemysłowcy zaczynają coraz poważniej podchodzić do kwestii recyklingu odpadów wytworzonych przez człowieka” mówi Samuel Melamud. „Co więcej, nowoczesne technologie mogą już być opłacalne ekonomicznie”.

W kwietniu tego roku pomyślnie zakończono testy pilotażowe nowej technologii w fabryce miedzi i siarki w Mednogorsku (obwód Orenburg, przedsiębiorstwo kompleksu metalurgicznego UMMC). Obecnie przygotowywane jest studium wykonalności ekonomicznej wdrożenia technologii w jednym z przedsiębiorstw UMMC

2. Metody otrzymywania cynku

Przy nagłym ochłodzeniu pary cynku natychmiast, omijając stan ciekły, zamieniają się w stały pył. Często konieczne jest konserwowanie cynku w postaci pyłu, zamiast topienia go w postaci wlewków.

Cynk nie występuje w przyrodzie jako metal rodzimy. Cynk wydobywa się na dwa sposoby:

1) metoda pirometalurgiczna

2) metoda hydrometalurgiczna z rud polimetalicznych zawierających 1-4% Zn w postaci siarczku, a także Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Rudy wzbogaca się poprzez selektywną flotację, uzyskując koncentraty cynku (50-60% Zn) i jednocześnie koncentraty ołowiu, miedzi, a czasem także pirytu. Koncentraty cynku wypala się w piecach ze złożem fluidalnym, przekształcając siarczek cynku w tlenek ZnO; Powstały dwutlenek siarki SO2 wykorzystuje się do produkcji kwasu siarkowego. Istnieją dwie drogi od ZnO do Zn.

1) Zgodnie z istniejącą od dawna metodą pirometalurgiczną (destylacyjną) kalcynowany koncentrat poddaje się spiekaniu w celu uzyskania ziarnistości i przepuszczalności gazu, a następnie redukcji węglem lub koksem w temperaturze 1200 - 1300 ° C:

ZnO + C = Zn + CO.

Powstałe pary metali są kondensowane i wlewane do form. Początkowo redukcję prowadzono wyłącznie w retortach z wypalanej gliny, obsługiwanych ręcznie, później zaczęto stosować pionowe retorty zmechanizowane z karborundu, następnie - piece elektryczne szybowe i łukowe; Cynk otrzymywany jest z koncentratów ołowiowo-cynkowych w wielkich piecach. Wydajność stopniowo rosła, ale cynk zawierał do 3% zanieczyszczeń, w tym cennego kadmu. Cynk destylacyjny oczyszcza się poprzez segregację (tj. przez oddzielenie ciekłego metalu od żelaza i części ołowiu w temperaturze 500°C), uzyskując czystość 98,7%. Czasami bardziej złożone i kosztowne oczyszczanie poprzez rektyfikację pozwala uzyskać metal o czystości 99,995% i umożliwia odzysk kadmu.

Główną metodą otrzymywania cynku jest metoda elektrolityczna (hydrometalurgiczna). Prażone koncentraty traktuje się kwasem siarkowym; powstały roztwór siarczanu oczyszcza się z zanieczyszczeń (wytrącając je pyłem cynkowym) i poddaje elektrolizie w wannach szczelnie wyłożonych wewnątrz ołowiem lub tworzywem winylowym. Cynk osadza się na katodach aluminiowych, z których codziennie jest usuwany (odpędzany) i topiony w piecach indukcyjnych. Zazwyczaj czystość cynku elektrolitycznego wynosi 99,95%, kompletność jego ekstrakcji z koncentratu (biorąc pod uwagę przetwarzanie odpadów) wynosi 93-94%. Z odpadów produkcyjnych otrzymuje się siarczan cynku, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; czasami także In, Ga, Ge, Tl.

2) Hydrometalurgiczna metoda przetwarzania prażonych koncentratów cynku polega na rozpuszczeniu tlenku cynku wodnym roztworem kwasu siarkowego i późniejszym wytrąceniu cynku poprzez elektrolizę. Dlatego metodę hydrometalurgiczną nazywa się czasami elektrolityczną. Przy wytwarzaniu cynku metodą elektrolizy koncentrat cynku poddaje się najpierw prażeniu utleniającemu.

ZnSO4 → Zn 2+ + SO4 2-

2+ (–) katoda Zn, Н2О (+) anoda: SO42–, Н2О

Bez „ochrony” są niszczone przez korozję. To oszczędza cynk. Biało-niebieski metal nakłada się na podstawę cienką warstwą.

Słyszę przymiotnik „ ocynkowany" Często zastępuje się nim słowa: - wiadra, pokrycia dachowe, drut. W tabeli pierwiastków chemicznych cynk znajduje się wcześniej.

Oznacza to, że jest bardziej aktywny, czyli jako pierwszy reaguje z powietrzem.

Jak wiadomo, korozja powstaje właśnie w wyniku kontaktu wilgoci z atmosfery z metalem.

Cynk metaliczny pierwszy przyjmuje cios, oszczędzając metal pod spodem. Dlatego łyżki są ocynkowane, a nie powlekane ani powlekane.

Elementy te znajdują się po żelazie. Poczekają, aż ten metal się zapadnie i dopiero wtedy zaczną się rozpadać.

Liczba atomowa cynku wynosi 30. Jest to numer drugiej grupy czwartego okresu tabeli substancji chemicznych. Oznaczenie metalu – Zn.

Jest składnikiem rud skalnych, minerałów, jest transportowany przez wodę, a nawet występuje w żywych tkankach.

Na przykład niektóre odmiany fiołków aktywnie gromadzą metal. Ale podkreśl czysty cynk udało się to dopiero w XVIII w.

Dokonał tego Niemiec Andreas Sigismund Marggraff. Kalcynował mieszaninę tlenek cynku Z .

Eksperyment zakończył się sukcesem, ponieważ przeprowadzono go bez dostępu powietrza, czyli tlenu. Zbiornikiem reakcji był ognioodporny zbiornik wykonany z.

Chemik umieścił powstałe opary metalu w lodówce. Pod wpływem niskich temperatur cząsteczki cynku osiadł na jego ścianach.

Złoża i wydobycie cynku

Obecnie co roku na świecie wydobywa się około 10 milionów ton niebieskawego metalu w czystej postaci. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 6-9%.

Odsetki te rozłożono na 50 krajów. Liderami są Peru, USA, Kanada, Uzbekistan, ale przede wszystkim złogi cynku w Australii i.

Każdy z tych krajów dostarcza około 3 dziesiątki milionów ton metalu o numerze seryjnym 30.

Jednak w przyszłości ocean może zająć pierwsze miejsce w rankingu. Podstawowy rezerwy cynku skoncentrowane w jego wodach, na jego dnie.

Nie nauczyli się jednak jeszcze zagospodarowywać złoża offshore. Istnieją technologie, ale są one zbyt drogie.

Dlatego na dnie Morza Czerwonego nadal leży prawie 3 miliony ton cynku, nie mówiąc już o rezerwach Karaibów i Grzbietu Śródatlantyckiego.

Zastosowania cynku

Potrzebujesz cynku. Do podstawy dodaje się metal. Minimum dawki cynku uczyń ich plastycznymi, łatwymi do poddania się, posłusznymi w rękach pana.

Element 30 również rozjaśnia produkt, dlatego często wykorzystuje się go do tworzenia tzw.

Najważniejsze jednak, żeby nie przesadzić z cynkiem. Nawet 3 dziesiąte zawartości metalu sprawią, że będzie on słaby i kruchy.

Obniża metal i temperaturę topnienia stopu. Do produkcji wykorzystuje się związki miedzi i cynku odkryte w starożytnym Egipcie. Stop jest tani, łatwy w obróbce i wygląda atrakcyjnie.

Ze względu na niską temperaturę topnienia cynk stał się „bohaterem” mikroukładów i wszelkiego rodzaju urządzeń.

Podobnie jak cyna łatwo i pewnie łączy ze sobą małe części. W niskich temperaturach metal jest kruchy, ale już w temperaturze 100-150 stopni staje się plastyczny i kowalny.

To fizyczne właściwość cynku i jest używany przez przemysłowców i rzemieślników.

Co ciekawe, przy jeszcze większym nagrzaniu, na przykład do 500 stopni, element ponownie staje się kruchy i zawodny.

Niska temperatura topnienia jest korzystna finansowo dla przemysłowców. Potrzebujesz mniej paliwa i nie musisz przepłacać za drogi sprzęt.

Oszczędzają także na obróbce powstałych „odlewów” cynkowych. Ich powierzchnia często nie wymaga nawet dodatkowego polerowania.

Metal jest aktywnie wykorzystywany w przemyśle motoryzacyjnym. Stopy na bazie cynku są wykorzystywane do produkcji klamek, wsporników, elementów wyposażenia wnętrz, zamków, konstrukcji lusterek i obudów wycieraczek.

W samochodzie Stop cynkowy wysoki procent. To ostatnie sprawia, że ​​połączenie jest bardziej odporne na zużycie i trwałe.

Tlenek cynku dodawany jest do opon samochodowych. Bez tego guma jest kiepskiej jakości.

Żeliwo i żelazo odgrywają wiodącą rolę w gospodarce wielu krajów. Ich produkcja jest nie do pomyślenia bez cynku. W mosiądzu wynosi od 30 do 50 procent (w zależności od rodzaju stopu).

Mosiądz to nie tylko klamki do drzwi. Wykonuje się z niego także naczynia, miksery i najnowocześniejsze urządzenia dla fabryk o różnym profilu.

Powszechnie stosowane i blachy cynkowe. Stanowią one podstawę form drukarskich w poligrafii.

Z blachy powstają źródła prądu, rury, pokrycia dachowe i rynny kanalizacyjne.

Cynk jest integralną częścią wielu barwników. Dlatego tlenek cynku stosuje się jako białą farbę. Nawiasem mówiąc, jest to dokładnie ten rodzaj powłoki stosowany w astronautyce.

W przypadku rakiet i satelitów potrzebne są barwniki odbijające światło, a najlepiej robią to związki na bazie cynku.

Jest także niezastąpiony w walce z promieniowaniem. Pod jego promieniami siarczek metalu wybucha, wskazując na obecność niebezpiecznych cząstek.

Pożądany pierwiastek cynk i farmaceutów. Cynk jest środkiem antyseptycznym. Dodawany jest do maści dla noworodków i kompozycji leczniczych.

Co więcej, niektórzy lekarze są przekonani, że cynk, a raczej jego niedobór powoduje schizofrenię.

Dlatego lekarze uwielbiają, konieczne jest spożywanie żywności zawierającej metal.

Najwięcej cynku zawierają owoce morza. Nie bez powodu złoża metali gromadzą się w głębinach oceanu.