Что производят из цинка

⠀⠀⠀Цинк — 12-й хим. элемент периодической таблицы Д. И. Менделеева. Хрупкий металл, при нагревании выше 100-150°C становится пластичным. Входит в состав многих сплавов, в том числе прецизионных.

Цинковая руда была известна человечеству задолго до того, как впервые был выделен чистый цинк, а металл получил свое современное название zincum. Именно цинковая руда стала одним основных компонентов латуни (сплава меди с цинком), из которой изготавливали ювелирные украшения, монеты, посуду, статуэтки и другие декоративные предметы. Первые изделия из латуни, найденные на севере современного Ирака, относят к III тысячелетию до н. э., более поздние, обнаруженные археологами в Палестине, — к концу II тысячелетия до н. э.

Металлический цинк в истории человечества

Чистый цинк впервые начали изготавливать в Индии примерно с конца XII века. Процесс производства был схож с выплавкой олова: цинковую руду вместе с древесным углем нагревали в закрытых огнеупорных емкостях, вследствие чего выделялись пары цинка, которые при охлаждении конденсировались в специальном сосуде. В 1374 году в Индии цинк получил статус нового металла (в то время 8-ого по счету), что дало толчок к развитию его производства и продажи. До конца XVIII века Индия оставалась основным импортером металла и поддерживала на цинк довольно высокие цены.

Цинк где взять

В XVII веке производить металлический цинк начали в Китае. Так же, как и их коллеги из Индии, китайские ученые смешивали цинковую руду с древесным углем в закрытых сосудах, но пары цинка при этом они не собирали. Емкости с рудой и древесным углем складывали в форме пирамиды и докрасна нагревали, после чего остужали их. В результате чистый цинк собирался внутри емкости в виде цельных слитков.

Как новые металл в Европе цинк был обозначен в XVI веке швейцарским алхимиком и естествоиспытателем Теофрастом Парацельсом. Но получить в чистом виде zincum европейские ученые смогли лишь в XVIII веке. В 1743 году британский металлург Уильям Чемпион открыл первый в Европе завод по выплавке металлического цинка. После того как он познакомился с технологией производства металла в Китае, ученый усовершенствовал ее, изменив конструкции вертикальной плавильной печи. Его метод позволял выплавлять до 400 кг чистого цинка менее чем за 72 часа.

К концу XVIII века был разработан новый способ получения чистого цинка, не требующий охлаждения металла и позволяющий экономить значительное количество древесного угля. В качестве сырья сперва использовали смитсонит — карбонат цинка, затем сфалерит — цинковый сульфат, который до этого был одним их отходов при добычи серебряных минералов. Именно применение сфалерита послужило толчком к расширению цинкового производства. Основным недостатком этого метода было выделение сернистых газов, которые образовывались при нагревании сульфата Но в дальнейшем их научились преобразовывать в серную кислоту, что позволило цинковым заводам снизить уровень загрязнения окружающей среды.

Использование цинка в промышленности

С увеличением доступности металлического цинка росло и его коммерческое использование. Уже к началу XIX века было освоено производство холоднокатаных листов из цинка (при температуре 100-150°C), что дало возможность промышленным предприятиям массово производить цинковые элементы кровли, водосточные трубы и даже мусорные баки.

В это же время широко проводились исследования в области цинкования различных металлов. Первый патент в этой сфере в 1837 году получил французский инженер Станислав Сорель, разработавший метод применения расплавленного цинка для защиты железа от коррозии.

Сегодня более 50% добываемого цинка применяют именно для цинкования, защищая от коррозии различные детали и металлоконструкции, которые в процессе эксплуатации не подвергаются сильным механическим воздействиям.

Кроме того, чистый цинк применяют при производстве сплавов для уменьшения температуры их плавления, а также в качестве основного материала для изготовления отрицательно заряженных электродов аккумуляторов и батарей. Цинковый оксид входит в состав некоторых красок, в том числе цинковых белил, используется в производстве искусственной кожи, резинотехнических изделий, стекла и керамики, а также в фармацевтике как противовоспалительное и дезинфицирующее средство.

Источник: www.pzps.tech

Применение

Около половины производимого цинк расходуется на защиту стали от коррозии (цинкование). Поскольку цинк в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованного железа в коррозионную среду разрушению подвергается цинк. Благодаря хорошим литейным качествам и низкой температуре плавления из цинк отливают под давлением различные мелкие детали самолетов и других машин. Сплавы меди с цинком — латунь, нейзильбер, а также цинка со свинцом и других металлами широко применяются в технике.

Цинк дает с золотом и серебром интерметаллиды (нерастворимые в жидком свинце) и поэтому цинк применяется для рафинирования свинца от благородных металлов. В виде порошка цинк служит восстановителем в ряде химико-технологических процессов: в производстве гидросульфита, при осаждении золота из промышленного цианистых растворов, меди и кадмия при очистке растворов цинкового купороса и других.

Многие соединения цинка являются люминофорами, например, три основных цвета на экране кинескопа зависят от ZnS·Ag (синий цвет), ZnSe·Ag (зеленый цвет) и Zn3(PO4)2·Mn (красный цвет). Важными полупроводниковыми материалами служат соединения Цинка типа AIIBVI — ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Наиболее распространенные химические источники тока имеют в качестве отрицательного электрода цинк.

Спрос на металл остается высоким, благодаря бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Для получения таких покрытий используют различные способы: погружение в расплавленный цинк (цинкование горячим способом), электролитическое осаждение, опрыскивание жидким металлом, нагревание с порошком цинка и использование красок, содержащих цинковый порошок.

Оцинкованная жесть широко применяется как кровельный материал. Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. 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.

Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть – в горячем цинковании готовых изделий, остальное – для полосы и проволоки. За последние 20 лет мировой рынок этой продукции вырос более чем в 2 раза, в среднем прибавляя по 3,7 % в год, причем в странах Запада производство металла ежегодно увеличивается на 4,8 %. В настоящее время для цинкования 1 т стального листа нужно в среднем 35 кг цинка.

Цинк также используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, т. е. в батарейках и аккумуляторах, например: Марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 Вольт, 150Вт/час/кг, 650 Вт/час/дм3, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи, ртутно-цинковый элемент(ЭДС 1,35 Вольт, 135 Вт/час/кг, 550—650Вт/час/дм3), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт/час/кг, 410—570 Вт/час/дм3), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт/час/кг, 230—295 Вт/час/дм3), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др). Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, в последние годы интенсивно разрабатываются на основе системы цинк-воздух — аккумуляторы для компьютеров (ноутбуки) и в этой области достигнут значительный успех (большая, чем у литиевых батарей энергия, ресурс и они дешевле в 3 раза), так же эта система очень перспективна для пуска двигателей (свинцовый акк-р 55 Вт/час/кг, цинк-воздух 220—300 Вт/час/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры. 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.

Цинковые сплавы появились и в полиграфии. Так, наряду с сурьмяно-оловянно-свинцовым сплавом гартом для отливки шрифтов используют и так называемый сплав № 3, в котором содержится до 3% алюминия, 1,2—1,6% магния, остальное цинк.

Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Фенолсульфонат цинка – хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка – эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин. И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.

Источник: www.allmetals.ru

Состав и структура цинка, а также технологии его производства

Цинк очень прочно вошел в нашу жизнь. Порой о его существовании рядом с нами мы не подозреваем. Самовар, водосточная труба, строительные материалы для кровли, детали машин, крепежные метизы: все это изготовлено с применением цинка. В цинке есть одно очень важное качество: он дает изделию антикоррозионные свойства. Именно поэтому указанный химический элемент широко используется в машиностроении, в промышленности (особенно химической) и в строительстве.

Поэтому сегодня мы рассмотрим химический состав цинка, его структуру, а также производство цинка в России и мире.

Структура и состав цинка

Разберем цинк как элемент. В периодической системе Менделеева цинку присвоен порядковый номер 30.Только что добытый цинк (не переработанный) содержит в себе стабильные изотопы с массовыми числами 64, 66 и 67 и электроны, которые распределились следующим образом: 2-8-18-2.

В масштабах всей Земли по распространенности цинк стоит на 23 месте среди всех элементов.

О том, какое оборудование требуется для изготовления цинка, какой вред от него на производстве, мы расскажем ниже.

О составе цинка и его структуре расскажет видео ниже:

Производство металла

Необходимое оборудование

В чистом виде цинка не существует. Его извлекают их других природных пород. К ним относятся полиметаллические сульфидные руды и некоторые минералы: сфалерит, смитсонит, цинкит, смитсонит, гемиморфит, клейофан, каламин, вюрцит, виллемит и другие. Чаще всего из минералов встречается сфалерит.

Если цинк находится в составе смешанных руд, то его спутниками чаще всего являются таллий, кадмий, германий, галлий, индий.

Цинк перерабатывают на промышленных предприятиях. У каждого завода есть свои технологические особенности производства. Поэтому технологическая линия и оборудование могут различаться. На цинковых заводах можно наблюдать следующее оборудование:

• Вертикальные механизированные роторы.
• Шахтные и дуговые электропечи.
• Электролитные роторы.
• Транспортеры.
• Печи для обжига.
• Ванны для электролиза или целые электролизные комплексы.

Расчет сырья

Чистый цинк получают путем переработки сульфидных, цинковых и полиметаллических руд. Количество перерабатываемого цинкосодержащего сырья зависит от способности и мощности завода. Для всех он индивидуален. Поэтому точный расчет необходимого сырья нужно производить в рамках конкретного производства.

Далее рассмотрим технологии, процессы и методы производства цинка, а также изделий из него.

Способы получения

Для выделения цинка, руду обогащают флотационным или гравитационным способом. Итогом такого обогащения является получение цинкового концентрата. Помимо этого получаются побочные продукты медные, пиритные и свинцовые концентраты.

Выделенный цинковый концентрат подвергают обжигу в печи. В результате образуется оксид цинка. Здесь процесс производства делится на два этапа. Образованный сернистый газ идет на переработку сернистой кислоты, а цинк поступает на следующий этап переработки.

Чистый цинк можно подучить следующим способами:

• Первый способ: пирометаллургический (дистилляционный). Суть этого способа производства состоит в следующем: полученный концентрат обжигают, подвергают спекании и восстанавливают с помощью угля или кокса. Образованные пары металла конденсируют и наливают в изложницы.
• Второй способ: электролитический (гидрометаллургический). Суть второго способа заключается в том, что после обжига концентрат подвергают обработке серной кислотой. Полученный раствор очищают от посторонних примесей и подвергают процессу электролиза.

Про пирометаллургический способ получения цинка вы узнаете из видеоролика ниже:

Стадии

Цинк проходит через следующие стадии производства:

• Подготовка сырья к переработке.
• Обжин подготовленного сырья.
• Подготовка в этапу выщелачивание.
• Проведение выщелачивания.
• Чистка раствора от примесей.
• Электролитное осаждение.
• Плавление катодного цинка.

Рассмотрим для примера более подробно последовательность производства цинка на российском предприятии — Челябинском цинковом заводе.

1. Получение сырья. На предприятие поставляют сырье (цинковый концентрат) в железнодорожных вагонах. Сырье от различных поставщиков перемешивается (для усреднения общих значений примесей) и отправляется по конвейеру на обжиг.
2. Обжиг концентрата. Для термообработки на заводе используются пять печей. При очень высокой температуре концентрат окисляется (880-950ºС). В результате получается два продукта: сернистый газ и цинковый огарок. Сернистый газ подвергают очистки и отправляют для переработки сернистой кислоты. В печи протекают экзотермические реакции, с помощью которых выделенное тепло сохраняется и остается для проведения плавления.
3. Получение серы. Полученная в процессе обжига серная кислота утилизируется.
4. Выщелачивание. Цинк извлекают в специальный раствор. Однако в жидкость попадает не только цинк, но и различные примеси. Когда необходимая концентрация раствора получена, смесь направляют на очистку. Однако весь цинк выделить не получается. Некоторая часть все же остается в растворе. Поэтому раствор подвергают дополнительной фильтрации. После этого цинк отправляют в вельц-цех. Это печи, форма которых похожа на цилиндр. Они осуществляют вращательные движения. Эту стадию проходят два продукта обжига: огарок и сернистый газ.
5. Электролиз цинка. Процедура проходит в электролизном комплексе. Очистка растворов проводится с помощью цинковой пыли. После очистки образуются продукты, которые получили название кеки. Кек в последующем идет на производства кадмия.
6. Вальцевание кека. Для того, чтобы выход цинка из кека был максимальным, названное вещество смешивают с коксовой мелочью и нагревают до высокой температуры (1200 С). Весь процесс проходит во вращательной трубчатой печи. Конечными продуктами на этой стадии являются вельц-окись и медистый клинкер. Окись в процессе возгоняется, подвергается охлаждению и улавливанию специальными фильтрами. В последующем вельц-окись идет на выщелачивание, а клинкер отправляют в качестве сырья на медные предприятия.
7. Гидрометаллургический процесс. Здесь проходит переработка в растворе серной кислоты. Процесс необходим для получения нескольких ценных элементов: раствора сульфата цинка, цинка технического и свинцового кека, в который входят индиевые сплавы, свинец и индий. Воды от переработки обрабатывают кальцинированной содой, фильтруют с помощью фильтпресса и заново отправляют в технологический процесс.
8. Литейный цех. Полученный катодный металлический цинк подвергается плавлению в индукционных печах.
9. Разливочный цех. Затем цинк отливается в блоки по 0,5-1,0 т. и слитки по 25 кг. Процесс осуществляется с помощью центробежной литейной машины. Также на заводе имеется установка для производства цинковой пыли, которая стоит во много раз выше самого цинка.

Далее будут рассмотрены производители цинка в России и мире.

Известные производители

К самым крупными странам по производству цинка относят Австралию, Канаду и Китай. Так же эти страны называют самыми крупными экспортерами. Импортом цинка занимается Германия, Тайвань и США.

США также заняло свою заслуженную нишу в производстве цинка. Все дело в том, что на северо-западе Аляски, на расстоянии 100 км от берега чукотского моря расположился самое богатое месторождение цинка — рудник Ред-Дог. Цинковый карьер находится в очень труднодоступном месте. Однако добычу цинковой руды США осуществляет круглогодично. Там же вблизи рудника расположился поселок, где проживает основная масса работников.

Что касается России, то у нас цинк добывают на Урале, а так же в некоторых районах Приморья и Южной Сибири. По сравнению с мировой добычей на долю России остается только 1,7%. Одним из крупнейших производителей в России считается компания ГМК «Дальполиметалл», который расположился в одноименном городе Дальнегорск (Приморский край). По сравнению с другими заводами этот производитель выпускает 15 % (от всей доли) олово-цинковых концентратов.

Существует еще три крупных завода по производству цинка:

1. ЧЭЦЗ (Челябинский электролитный цинковый завод). Благодаря автоматизированному комплексу предприятие способно производит цинк высокого качества (около 100%).
2. ООО «Электроцинк». Предприятие находится во г. Владиковказ (Северная Осетия). Завод выпускает около 100 000 тонн продукции в год. Однако вся продукция этого предприятия идет преимущественно в зарубежные страны.
3. ОАО «Беловский цинковый завод» (Кемеровская область). Предприятие функционирует только на сырье, которое ему поставляют. Собственных месторождений у него нет. На заводе внедрена электротермическая технология, с помощью которого возможно произвести переработку даже низкосортного сырья.

О том, как происходит изготовление цинка на примере ЧЭЦЗ, расскажет данное видео:

Источник: stroyres.net