Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы получения хлористого цинка

Методы получения хлористого цинка

В статье приведены сведения о значимости соединений цинка, в частности хлористого цинка, рассмотрены некоторые его свойства и технологии получения.

Подробно изложены способы получения хлористого цинка и их апробация в лабораторных условиях. Введением гранул чистого цинка и пластинок в растворы хлоридов железа, меди и ртути получены растворы хлористого цинка.

Кристаллический хлористый цинк получен действием соляной кислоты на гидроксид цинка с последующей упаркой раствора. Действием хлорида бария на сульфат цинка и последующим отделением сульфата бария получен раствор хлористого цинка и затем кристаллический хлористый цинк.

Рассмотрены промышленные способы получения хлористого цинка из обожженной руды путем растворения в соляной кислоте, путем нагревания жидкого цинка в токе хлора, выщелачиванием цинковых кеков – отходов переработки цинкового концентрата растворами серной кислоты. Приведены требования, предъявляемые к хлориду цинка.

Делается заключение о возможности организации производства хлористого цинка, так как в республике для этого имеются все возможности.

ABSTRACT

Information about the importance of zinc compounds, in particular, zinc chloride is presented; some of its properties and production technologies are considered in the article.

Methods of obtaining zinc chloride and their approbation in laboratory conditions are described in detail. Solutions of zinc chloride are produced by the introduction of granules of pure zinc and plates into solutions of iron, copper and mercury chlorides.

Crystalline zinc chloride has been obtained by the action of hydrochloric acid on zinc hydroxide followed by evaporation of the solution. A solution of zinc chloride and then crystalline zinc chloride is obtained by the action of barium chloride on zinc sulfate and the subsequent separation of barium sulphate.

Industrial methods for the production of zinc chloride from calcined ore by dissolving in hydrochloric acid, by heating liquid zinc in a stream of chlorine, by leaching zinc cakes — waste from processing of zinc concentrate with solutions of sulfuric acid are considered. The requirements for zinc chloride are given.

The conclusion is made about the opportunity of organizing the production of zinc chloride since the country has all the possibilities.

Ключевые слова: хлористый цинк, пайка, осадок, соляная кислота, гидрометаллургия, вальцевание.

Keywords: zinc chloride; soldering; residue; hydrochloric acid; hydrometallurgy; roll bender.

Хлористый цинк широко применяется в Узбекистане, но на сегодняшний день не производится, несмотря на то что имеется большое количество сырьевых ресурсов цинка [7].

Соединения цинка имеют большое значение в металлургиче­ской, лакокрасочной и химической промышленности. Важнейшими из них являются цинковый купорос и хлорид цинка. Другие со­единения – окись и гидроокись, сульфид цинка и прочие – играют роль сырья, полупродуктов и продуктов в ряде производств. Здесь рассмотрены некоторые свойства главнейших соединений цинка и технология цинкового купороса и хлорида цинка.

Цинк хлористый технический (хлорид цинка) применяют как осушающее средство; для огнезащиты (огнестойкая пена, пропитка картона и тканей); для антисептической пропитки древесины, шпал; в производстве фибры; при получении ванилина и цианида цинка; в производстве красителей и крашении хлопка; при очистке нефти; в производстве алюминия; в процессе пайки, при цинковании и подготовке металлических изделий к хромированию; в гальванических батареях и для других целей.

При пайке стальных или медных корпусов, экранов или других крупных предметов, где использование других флюсов затрудняет пайку, используют только хлористый цинк.

Условия проведения экспериментов полностью имитируют производственные условия. Анализ исходной руды, промежуточных и конечных продуктов проводили известными и применяемыми на предприятии методами анализа [1-5].

В лаборатории хлорид цинка можно получить действием чистого цинка на растворы хлоридов некоторых металлов. Те металлы, которые стоят правее цинка в электрохимическом ряду напряжений, будут вытесняться им из соединений. Наиболее распространенные металлы, входящие в состав реактивов, – железо, медь, ртуть и серебро. Для проведения реакции в пробирку отбирается небольшое количество раствора хлорида железа (меди, ртути или серебра), затем туда добавляют гранулы чистого цинка или цинковую пластинку.

2 FeCl3 + 3 Zn = 3 ZnCl2 + 2 Fe

Так как раствор хлорида железа III имеет желтую окраску, то после проведения реакции раствор обесцвечивается, а чистое железо выпадает в осадок. Это является визуальным подтверждением успешного проведения реакции:

CuCl2 + Zn = ZnCl2 + CuHgCl2 + Zn =
=ZnCl2 + Hg 2AgCl + Zn = ZnCl2 + 2 Ag

Другой лабораторный метод получения хлорида цинка – действие солей хлоридов некоторых металлов или соляной кислоты на соединения цинка. Для проведения реакции в пробирку заливается рассчитанное количество гидроксида цинка и добавляется эквивалентное количество соляной кислоты. После проведения реакции нейтрализации образуется бесцветный раствор хлорида цинка. Для получения вещества в сухом виде раствор переносится в фарфоровую чашку и ставится на электрическую плитку. После упаривания образуется белый осадок.

Читайте так же:
Ур 6 редуктор углекислотный инструкция

Необходимое количество раствора сульфата цинка отбирается в пробирку, и добавляется хлорид бария. При правильном расчете вещества реагируют между собой полностью (без остатка), и конечные продукты разделяют. Сульфат бария выпадет в осадок, а хлорид цинка останется в растворе. Осадок отфильтруют, а раствор выпарят.

Производство цинка является одним из крупнейших металлургических производств. Общий объем производства цинка в мире составляет более 8 млн тонн в год. В Узбекистане основное количество цинка производит АО «Алмалыкский горно-металлургический комбинат».

Промышленный метод получения – растворение цинка и его соединений в соляной кислоте. В качестве исходного материала может выступать обожженная руда. В дальнейшем полученный раствор выпаривают, т. к. конечным продуктом, кроме хлорида цинка, будет вода или летучие газы [6; 8].

Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2↑ZnO + 2 HCl =

Другой промышленный способ получения ZnCl2 – нагревание жидкого цинка в токе хлора. Для этого гранулированный цинк расплавляют при температуре 419,6 °C (температура плавления цинка).

Хлорид цинка, полученный методом воздействия соляной кислоты на обожженную руду и нагреванием жидкого цинка в токе хлора, должен отвечать следующим требованиям:

Паспорт качества (цинка хлорид):

Показатель

Норма

Белые или слегка окрашенные чешуйки

Массовая доля основного вещества, %, не менее

Не растворимых в соляной кислоте веществ, %, не более

Натрия, калия, кальция (Na + K + Ca), %, не более

Массовая доля железа (Fe), %, не более

Массовая доля тяжелых металлов (Pb), %, не более

Массовая доля меди (Сu), %, не более

Массовая доля кадмия (Cd), %, не более

Массовая доля сульфатов (SO4 2- ),%, не более

В расчете издержек металлургических предприятий основную долю составляет стоимость извлекаемых металлов в приобретаемом сырье. Так, цена цинка в сульфидных цинковых флотоконцентратах может составить до 60% стоимости металла в слитках.

В гидрометаллургической технологии цинкового производства цинковые концентраты после обжига и выщелачивания образуют значительное количество (около 30-45%) твердого промпродукта – цинковых кеков, в которых, в зависимости от поступающего на обжиг сырья, содержится большое количество ценных компонентов – соединения цинка, свинца, меди, кадмия, серебро, золото, а также рассеянные элементы: таллий, индий и др. При этом до 80% индия, поступающего с исходным цинковым концентратом, переходит в кеки выщелачивания. Содержание цинка в кеках составляет около 15-25%, что сопоставимо с таковым в окисленных цинковых рудах, однако формы нахождения металла в кеках требуют особых методов их переработки.

По имеющимся данным, разработаны, а также получили промышленное распространение следующие основные технологии переработки цинковых кеков:

– Гидрометаллургические – в основном сводятся к выщелачиванию цинковых кеков растворами серной кислоты при повышенных температурах (70-200°С). Дальнейшая технология сводится к очистке получаемого раствора сульфата цинка от примесей, прежде всего от железа, с тем чтобы обеспечить его качество, необходимое для электролиза. Железо из раствора чаще всего выводится в отдельный, как «хвостовой», продукт.

– Пирометаллургические способы, использующие процессы, происходящие при температурах 400-1300°С. Основной метод пирометаллургической переработки – вельцевание, т. е. высокотемпературный обжиг во вращающихся трубчатых печах. Известны также технологии возгонки цинка в дуговой электропечи, магнетизирующий обжиг с последующим выщелачиванием огарков, хлорирующий обжиг в печах кипящего слоя.

В Республике Узбекистан имеются все возможности для производства хлористого цинка. Исходя из данных литературных источников и проведенных экспериментальных работ, можно сделать вывод о возможности получения хлористого цинка в производственных условиях.

Список литературы:
1. Бурриель-Марта Ф., Рамирес-Муньос X. Фотометрия пламени. – М.: Мир, 1972. – 520 с.
2. ГОСТ 20851.4-75. Удобрения минеральные. Метод определения воды. – М.: Издательство стандартов, 2000. – 5 с.
3. ГОСТ 20851.3-93. Удобрения минеральные. Методы определения массовой доли калия. – М.: Издательство стандартов, 1995. – 41 с.
4. ГОСТ 24024.12-81. Фосфор и неорганические соединения фосфора. Методы определения сульфатов. – М.: Издательство стандартов, 1981. – 4 с.
5. Методы анализа комплексных удобрений // М.М. Винник и др. – М.: Химия, 1975. – 218 с.
6. Получение хлористого цинка в производственных условиях / М.С. Росилов и др. // Кимё саноатида инно-вацион технологиялар ва уларни ривожлантириш истиқболлари. – Ургенч, 2017. – С. 222-223.
7. Получение хлористого цинка из цинксодержащих сырьевых ресурсов / М.С. Росилов и др. // Кимё саноати-да инновацион технологиялар ва уларни ривожлантириш истиқболлари. – Ургенч, 2017. – С. 220-221.
8. Росилов М.С., Самадий М.А. Исследование вельцевания цинковых кеков, обеспечивающей повышение из-влечения цинка в возгоны // Мат-лы ХI-Междунар. науч.-техн. конф. «Достижения, проблемы и современ-ные тенденции развития горно-металлургического комплекса» (Навои, 14-16 июня, 2017). – Навои, 2017. – 421 с.

Читайте так же:
Станки оборудование лазерной резки

Анализ содержания цинка, Анализ цинка, определение содержания цинка Zn

Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Нахождение цинка 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.

Получение цинка

Цинк в природе как самородный металл не встречается. 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. Чистый цинк из оксида ZnO получают двумя способами. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200—1300 °C: 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 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. На каждом этапе производства и получения цинка важно знать состав исходных, промежуточных и конечных материалов, поэтому очень важно знать процентное содержание цинка и состав материлов. Рентгенофлуоресцентный анализ цинка широко применяется в производстве цинка и лабораториях.

Анализ цинка, анализ цинкосодержащих материалов

Цинк в сталях и сплавах анализируется различными методами: рентгенофлуоресцентным спектрометром EDX3600B, искровым оптико-эмиссионным спектрометром OES100, очень низкие концентрации могут проанализированы атомно-абсорбционным анализатором или ICP спектрометром индуктивно-связанной плазмы. Каждый из методов обладает своими преимуществами. Рентгенофлуоресцентный спектрометр подходит для быстрого одновременного неразрушающего экспресс-анализа, оптико-эмиссионный для высокоточного анализа цинка.

Физические свойства цинка

В чистом виде цинк — довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49431 нм, пространственная группа P 63/mmc, Z = 2. 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. Собственная концентрация носителей заряда в цинке 13,10^28 м-3

  • 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. Рентгенофлуоресцентный анализ в этом производстве очень важен, поскольку он относится к нерзрушающим видам анализа.
  • Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций). РФА анализ позволяет не только определить элементный состав, но и толщину напыления цинка на поверхности деталей.
  • Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дм?, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи), ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550—650 Вт·ч/дм?), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт·ч/кг, 410—570 Вт·ч/дм?), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дм?), 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. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).
  • Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.
  • Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.
  • Цинк — важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, -5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.
  • Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.
  • Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров временного действия и разного рода люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия, также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания.
  • 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.
  • На разные применения цинка приходится:
    • цинкование — 45-60 %
    • медицина (оксид цинка как антисептик) — 10 %
    • производство сплавов — 10 %
    • производство резиновых шин — 10 %
    • масляные краски — 10 %

    • необходим для продукции спермы и мужских гормонов[8]
    • 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[8].
    • необходим для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы.[8]

    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 граммов устриц, человек получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных семечек. Практически во всех хлебных злаках цинк содержится в достаточном количестве и в легкоусваиваемой форме. Поэтому, биологическая потребность организма человека в цинке обычно полностью обеспечивается ежедневным употреблением в пищу цельнозерновых продуктов (нерафинированного зерна).

    0,25 мг/кг — яблоки, апельсины, лимоны, инжир, грейпфруты, все мясистые фрукты, зелёные овощи, минеральная вода.

    2—8 мг/кг — малина, чёрная смородина, финики, большая часть овощей, большинство морских рыб, постная говядина, молоко, очищенный рис, свёкла обычная и сахарная, спаржа, сельдерей, помидоры, картофель, редька, хлеб.

    8—20 мг/кг — некоторые зерновые, дрожжи, лук, чеснок, неочищенный рис, яйца.

    20—50 мг/кг — овсяная и ячменная мука, какао, патока, яичный желток, мясо кроликов и цыплят, орехи, горох, фасоль, чечевица, зелёный чай, сушёные дрожжи, кальмары.

    30—85 мг/кг — говяжья печень, некоторые виды рыб.

    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 [9]. Для оценки содержания цинка в организме определяют его содержание в волосах, сыворотке и цельной крови.

    Токсичность цинка

    При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде. Отравление ZnSO4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию. Отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров. Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель.

    №30 Цинк

    Сплав цинка с медью — латунь — был известен еще в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его оксида с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка цинка началась в XVII в.
    Латинское zincum переводится как «белый налет». Происхождение этого слова точно не установлено. Предположительно, оно идет от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса и других исследователей 16-17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» — налет, бельмо на глазу. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х гг.

    Нахождение в природе, получение:

    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.
    Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов: 2ZnS + 3О2 = 2ZnО + 2SO2
    Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

    Физические свойства:

    В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. 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. Температура плавления — 692°C, температура кипения — 1180°C

    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. При нагревании цинк реагирует с галогенами, с фосфором, образуя фосфиды Zn3P2 и ZnP2, с серой и ее аналогами, образуя 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.
    Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот и щелочей, образуя в последнем случае гидроксоцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2
    Очень чистый цинк растворами кислот и щелочей не реагирует.
    Для цинка характерны соединения со степенью окисления: +2.

    Важнейшие соединения:

    Оксид цинка — ZnО, белый, амфотерный, реагирует как с растворами кислот, так и со щелочами:
    ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + Н2О (сплавление).
    Гидроксид цинка — образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Амфотерный гидроксид
    Соли цинка . Бесцветные кристаллические вещества. В водных растворах ионы цинка Zn 2+ образуют аквакомплексы [Zn(H2O)4] 2+ и [Zn(H2O)6] 2+ и подвергаются сильному гидролизу.
    Цинкаты образуются при взаимодействии оксида или гидроксида цинка со щелочами. При сплавлении образуются метацинкаты (напр. Na2ZnO2), которые растворяясь в воде переходят в тетрагидроксоцинкаты: Na2ZnO2 + 2Н2О = Na2[Zn(OH)4]. При подкислении растворов в осадок выпадает гидроксид цинка.

    Применение:

    — Производство антикоррозионных покрытий. — Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть — в горячем цинковании готовых изделий, остальное — для полосы и проволоки.
    — Большое практическое значение имеют сплавы цинка — латуни (медь плюс 20-50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка.
    — Еще одна область применения — производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.
    — Теллурид цинка ZnTe используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. — Ацетат цинка Zn(CH3COO)2 его используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

    Цинк — один из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни. Его роль обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона — инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Необходим цинк и для формирования костей.
    В то же время ионы цинка токсичны.

    Глоссарий. Химия

    Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

    История и происхождение названия

    Сплав цинка с медью — латунь — был известен ещё в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка цинка началась в XVII в. Слово «цинк» впервые встречается в трудах Парацельса, который назвал этот металл словом «zincum» или «zinken» в книге Liber Mineralium II. Это слово, вероятно, восходит к нем. Zinke, означающее «зубец» (кристаллы металлического цинка похожи на иглы).

    Получение

    Цинк в природе как самородный металл не встречается. 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. Чистый цинк из оксида ZnO получают двумя способами. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200—1300 °C: 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 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 = 0,49431 нм, пространственная группа P 63/mmc, Z = 2. 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. Собственная концентрация носителей заряда в цинке 13,1×10 28 м -3

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector