К каким металлам относится цинк

Цинк – это хрупкий и пластичный переходный металл голубовато-белого цвета, получаемый из сульфидной руды. В отличие от других металлов, он может быть представлен во всех агрегатных состояниях, что обуславливает широту вариантов его использования. Цинк расплавляется при температуре 419 °С и достигает парообразного состояния при температуре 913 °С.

Другой важной особенностью цинка являются его антикоррозионные свойства. Изделия, обработанные при помощи данного металла, защищены от ржавчины и способны эксплуатироваться при любых погодных условиях. В связи с этим цинк широко применяется в металлургии, строительстве, сельском хозяйстве, а также дорожной и транспортной сферах.

В чистом виде цинк не встречается в природе. Его добывают в составах руд и минералов: клейофана, марматита, вюртцита, цинкита. Кроме того, цинк в обязательном порядке содержится в сплаве с алюминием, медью, оловом, никелем.

ЦИНК КАК ОПРЕДЕЛИТЬ? ДВА СПОСОБА!

Химические свойства цинка

Элемент расположен в таблице Менделеева под номером 30 и обозначен латинскими буквами Zn. К химическим свойствам металла относятся:

• Быстрое окисление на воздухе, в результате чего металл покрывается тонкой пленкой оксида цинка, защищающей его от дальнейшей реакции.
• При нагревании вступает в реакцию с кислородом, хлором, серой, в результате чего образует оксиды, хлориды и сульфиды.
• Вступает в реакцию с разбавленной серной кислотой и растворами кислот неокислителей, вытесняет из них водород.
• Вступает в реакцию с концентрированной серной кислотой, в результате чего восстанавливает азот или серу.
• В процессе нагревания вступает в реакцию с растворами щелочей и образует гидроцинкаты.
• Способен вытеснять менее активные металлы из растворов солей.

Физические свойства цинка

В числе физических свойств металла выделяют следующие:

• Цинк обладает голубовато-белым цветом с характерным металлическим блеском.
• При нормальных условиях является хрупким металлом.
• Приобретает свойство гибкости при нагревании больше 100 °C.
• Характеризуется хорошей тепло- и электропроводностью.

Характеристики цинка

Цинк (Zn) имеет равные значения атомной и молекулярной масс – 65,38.

Электронная формула цинка выглядит следующим образом. Ядро атома металла содержит 30 протонов, 35 нейтронов. В атоме находится четыре энергетических уровня – 30 электронов.

Кристаллическая решетка элемента – шестиугольная кристаллическая система с плотно прижатыми атомами. Данные решетки: A=2.66У, С=4.94.

Структура и состав цинка

Металл до переработки содержит изотопы 64, 66, 67, электроны 2-8-18-2.

Если сравнивать его с другими элементами периодической системы по использованию, то он будет находиться на 23 месте. В природе он представляет собой сульфид с примесями свинца Pb, кадмия Cd, железа Fe, меди Cu, серебра Ag.

Цинк маркируется с опорой на то, какое количество примесей он содержит.

Месторождения и руды

Залежи цинковой руды можно найти практически во всех странах, а активно металл добывается в 50 государствах. Геологами доказано, что на нашей планете запасы цинка достигают около 1900 миллионов тонн, запасы, найденные и доступные для обработки – около 250 миллионов тонн.

В число самых популярных стран по добыче цинка входят (в порядке убывания):

В России также активно ведется добыча цинка, достигающая примерно 62 миллионов тонн, однако в процентном соотношении это всего лишь 3% мирового запаса. Среди «цинковых» регионов нашей страны выделяют Дальний Восток, Кольский полуостров и Камчатку.

Около 80% цинковых месторождений находятся под землей, 8% – на поверхности, а 12% металла добываются комбинированным способом.

Производство металла

Поскольку в чистом виде металл не добывается, его получают в промышленных условиях. Каждый завод располагает своими методами работы и собственным оборудованием, помогающим получить металл. В числе наиболее распространенных элементов технологической линии значатся:

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

Получение чистого цинка

Для получения чистого цинка используются следующие способы:

Пирометаллургический (дистилляционный). Его суть заключается в том, что получившийся концентрат обжигается, подвергается спеканию и восстанавливается при помощи угля или кокса. В результате образуются пары металла, которые конденсируют и заливают в изложницы. Данная технология считается наиболее простой, однако не очень производительной. Кроме того, она не позволяет удалить из полученного цинка свинец и кадмий.

Электролитический (гидрометаллургический). Смысл второго способа состоит в том, что после обжига металл обрабатывается серной кислотой. Получившийся раствор освобождают от посторонних примесей и подвергают процессу электролиза. В данный момент более 80% от общего числа цинка обрабатывается именно этим методом. Гидрометаллургический способ считается самым оптимальным для производства цинка и отличается рядом неоспоримых преимуществ:

• Большое число полученного цинка и сопутствующих веществ.
• Комплексный характер переработки вещества.
• Высокое качество образовавшегося цинка.
• Технологичность процесса.

Выплавка цинка в печи

Окислительный отжиг является первой стадией проведения обоих методов переработки цинка. Его цель – перевод сульфида цинка и других металлов в форму оксидов. В процессе окисления сульфидов выделяется много тепла, благодаря чему сам обжиг можно проводить без применения других источников энергии.

При обжиге получается твердый продукт – огарок, который после этого направляют на выщелачивание. По окончании процесса огарок должен содержать не больше 0,5 % сульфидной серы, до 2-4 % сульфатной серы, а также иметь частицы не больше 0,15-0,2 мм и включать в себя как можно меньше ферритов и силикатов цинка. Для того, чтобы достичь такой эффект, на современных предприятиях обжиг производят в печах кипящего слоя при температурах 900-1000 °С. Применяются печи, площадь пода которых составляет от 21-35 до 72-123 квадратных метров, а обжигать в них можно от 100 до 800 тонн концентрата в сутки.

Применение металла

Одна из ключевых сфер применения цинка – это создание покрытия для стали и железа, обеспечивающего защиту от коррозии и последующую многолетнюю эксплуатацию изделия. На осуществление процедуры цинкования приходится примерно 60% от общего производства цинка. Ей подвергаются металлоконструкции любой толщины и габаритов, используемые в промышленности, строительстве, дорожной и транспортной сферах, сельском хозяйстве, городской инфраструктуре и других отраслях.

В последнее время широкое распространение получила оцинкованная сталь – легкий и удобный материал, применяющийся как в промышленности, так и в строительстве для проведения кровельных работ. Оцинкованная сталь получается в результате прохождения процедуры цинкования, при которой обычное листовое железо приобретает антикоррозионные свойства.

Цинковые листы на протяжении многих десятилетий используются в полиграфической промышленности, помогая создать печатные формы для ротационных машин.

В строительной сфере при помощи цинка создаются сточные желоба и трубы – изделия, которые в процессе эксплуатации особенно подвержены образованию ржавчины.

Окись цинка активно применяется в медицине в качестве антисептика. Кроме того, цинк обладает высокими противовоспалительными свойствами, поэтому зачастую используется в косметологии для предотвращения образования грибка и патогенной микрофлоры в средствах ухода и восстановления кожи.

Цинк в металлургии

Цинк является электроотрицательным металлом, вытесняющим никель, кобальт, свинец, олово и благородные металлы из растворов. Данное свойство широко используется в металлургической практике.

Так, чистый цинк применяется для восстановления благородных металлов, которые добываются подземным выщелачиванием – золото, серебро. Также при помощи цинка происходит извлечение серебра, золота и других металлов из черного свинца.

В сочетании с другими металлами цинк создает несколько промышленно важных сплавов: литейные сплавы, латуни, бронзы и другие. Благодаря свойствам литейных сплавов, в основе которых содержится цинк, удается получать изделия сложнейших форм, обладающих высокими механическими характеристиками и качественной поверхностью. Данные конструкции зачастую используются в промышленности.

Способы цинкования

Цинкование – это защита металлического изделия от образования коррозии. Выделяют следующие наиболее распространенные методы цинкования:

• Цинкирование. В настоящее время данный метод считается наиболее оптимальным для обработки металлоконструкций разных габаритов и толщины. Изделия покрываются специальным составом класса Zinker, который содержит не менее 96% активного цинка. При цинкировании наносится только один слой материала, при этом производить процедуру можно в любом помещении или на открытом пространстве, используя кисть, валик, распылитель или аэрозольный баллончик. Благодаря особой форме частиц, которая обеспечивает катодную защиту цинка на протяжении всего срока эксплуатации изделия, технология считается наиболее надежным и долговечным вариантом антикоррозионной защиты металла.

• Горячее цинкование. Данный метод предполагает опускание металла в специальную ванну с расплавленным цинком при высокой температуре. В процессе обработки изделие покрывается тонким слоем из железа и цинка, являющимся своеобразным барьером против контакта элемента с кислородом, провоцирующим образование коррозии. На сегодняшний день горячее цинкование признано надежным, однако трудозатратным и дорогим способом цинкования, требующим использование промышленного оборудования и специально оборудованного цеха. При этом технология в большей степени подходит для обработки крупногабаритных конструкций, по размеру не превышающих ванну,

• Гальваническое цинкование. В основе метода лежит химический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на металл, подключенный к отрицательному полюсу источника питания. Технология подходит для обработки мелких деталей, например, крепежей, инструментов, опор или подвесок. При этом в числе ее недостатком выделяют низкую адгезию, или сцепление образовавшегося покрытия с поверхностью металла. По этой причине изделие, подвергающееся гальваническому цинкованию, требует тщательной очистки.

• Газотермическое напыление. Данная технология предполагает использование специальных материалов, поставляемых в виде порошка, проволоки или прутков. Помещенная в камеру заготовка нагревается до пластичного или жидкого состояния, после чего в камеру под большим давлением подается газ. При помощи него защитный материал распыляется на предварительно подготовленную поверхность. Взаимодействуя с поверхностью изделия, частицы деформируются и заполняют поры и неровности металлоконструкции. Одним из существенных недостатков технологии является необходимость использования специального крупногабаритного оборудования.

• Термодиффузионное цинкование. Суть метода заключается в насыщении металлоконструкции цинком с применением термической обработки в специальной порошковой смеси. Для ее осуществления деталь погружается в камеру цилиндрической формы, засыпается цинкосодержащий порошок, после чего конструкция вращается в течение 1-4 часов под воздействием высокой температуры. В таких условиях цинк проникает в изделие, формируя защитный слой.

Другие сферы применения цинка

Цинк является важным компонентом латуни. Его сплавы с алюминием и магнием, обладая повышенными механическими и литейными качествами, широко применяются в машиностроении для точного литья. Например, в оружейном деле из сплава с магнием иногда отливают затворы пистолетов, предназначенных для использования слабых или травматических патронов.

Кроме того, из цинковых сплавов производят разнообразную техническую фурнитуру, например, автомобильные ручки, корпусы карбюраторов.

Хлорид цинка активно используется для пайки металлов и компонент в процессе производства фибры. Сульфид цинка применяется в синтезе люминофоров временного действия и разнообразных люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Данные вещества используются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов.

Цинк (Zn) является материалом для отрицательного электрода в химических источниках тока – батарейках и аккумуляторах.

Если сравнивать в процентном соотношении разные сферы применения цинка, то получится следующее соотношение:

• Цинкование – 60%
• Медицина – 10%
• Изготовление сплавов – 10%
• Производство резиновых шин – 10%
• Масляные краски (цинковые белила) – 10%.

Источник: zinker.ru

Цинк и его характеристики

Цинк – тридцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение – Zn от латинского «zincum». Расположен в четвертом периоде, IIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 30.

Цинк – голубовато-серебристый металл (рис. 1). При комнатной температуре он довольно хрупок, но при 100-150 o С он хорошо гнется и прокатывается в листы. При нагревании выше 200 o С цинк становится очень хрупким. На воздухе он покрывается тонким слоем оксида или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления.

Вода почти не действует на цинк.

Рис. 1. Цинк. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса цинка

Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии цинк существует в виде одноатомных молекул Zn, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 65,38.

Изотопы цинка

Известно, что в природе хром может находиться в виде пяти стабильных изотопов 64 Zn, 66 Zn, 67 Zn, 68 Zn и 70 Zn. Их массовые числа равны 64, 66, 67, 68 и 70 соответственно. Ядро атома изотопа цинка 64 Zn содержит тридцать протонов и тридцать четыре нейтрона, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы цинка с массовыми числами от 54-х до 83-х, а также десять изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущим изотопом является 65 Zn с периодом полураспада равным 243,66 суток.

Ионы цинка

На внешнем энергетическом уровне атома цинка имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .

В результате химического взаимодействия цинк отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Молекула и атом цинка

В свободном состоянии цинк существует в виде одноатомных молекул Zn. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу цинка:

Энергия ионизации атома, эВ

Радиус атома, нм

Сплавы цинка

Широкое промышленное значение имеют сплавы цинка с алюминием, медью и магнием. С медью цинк образует важную группу сплавов – латуни. Латуни содержат до 45% цинка. Различают простые и специальные латуни. В состав последних входят другие элементы, например железо, алюминий, олово, кремний.

Примеры решения задач

Задание	Технический цинк массой 0,33 г обработали разбавленным раствором серной кислоты. Выделившийся водород занимает при нормальных условиях объем 112 мл. Рассчитайте массовую долю цинка в техническом металле.
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия цинка с разбавленной серной кислотой:

Найдем количество моль выделившегося в ходе реакции водорода:

n (H2) = 112×10 -3 / 22,4 = 0,005 моль.

Согласно уравнению реакции n (H2):n (Zn) = 1:1, т.е. n (H2) = n (Zn) =0,005 моль. Тогда, масса чистого цинка (без примесей) будет равна (молярная масса – 65 г/моль):

mpure (Zn) = n (Zn) × M (Zn);

mpure (Zn)= 0,005 × 65 = 0,325 г.

Массовая доля цинка в техническом металле рассчитывается как:

ω(Zn) = 0,325/ 0,33 × 100%;

Задание	Рассчитайте массу цинка, который нужно растворить в соляной кислоте, чтобы получить водород, необходимый для восстановления оксида меди (II) массой 20 г до металла.
Решение	Запишем уравнения реакций, которые протекают согласно условию задачи:

Рассчитаем количество вещества оксида меди (II) (молярная масса – 80 г/моль):

n (CuO) = m (CuO) / M (CuO);

n (CuO) = 20 / 80 = 0,25 моль.

Согласно уравнению (2) n (CuO):n (H2) = 1:1, т.е. n (CuO) = n (H2) =0,25 моль. Тогда, число моль цинка вступившего в реакцию взаимодействия с соляной кислотой будет равно 0,25 моль, поскольку n (Zn):n (H2) = 1:1, т.е. n (Zn) = n (H2).

Масса цинка (молярная масса равна 65 г/моль) равна:

mpure (Zn) = n (Zn) × M (Zn);

mpure (Zn)= 0,25 × 65 = 16,25 г.

Источник: ru.solverbook.com

Цинк в строительстве: особенности металла, его плюсы и минусы

Цинк давно зарекомендовал себя как важный химический элемент. Еще до нашей эры люди знали о нем многое и широко применяли в различных сферах. Свойства этого материала позволяют использовать цинк во многих отраслях и в быту. Материал с успехом применяют в химической промышленности, в машиностроении и в строительстве. Поэтому сегодня мы рассмотрим полезные свойства и характеристика металла цинка и сплавов на его основе, цену за кг, особенности использования, а также изготовления материала.

Что такое цинк

Понятие и особенности

Для начала вашему вниманию предлагается общая характеристика цинка. Этот продукт является не только необходимым производственным металлом, но и важным биологическим элементом. В любом живом организме он присутствует до 4 % от всех элементов.Самые богатые месторождения цинка это Боливия, Иран, Казахстан и Австралия. В нашей стране одним из крупных производителей считается предприятие ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Если рассматривать цинк со стороны периодической системе Менделеева, то он относится к переходным металлам и имеет следующие характеристики:

• Номер по порядку: 30
• Масса: 65,37.
• Степень окисления — +2.
• Цвет: синевато-белый.

Цинк – это радиоактивный изотоп, для которого характерен период полураспада 244 дня.

Если рассматривать цинк со стороны простого вещества, то этот материал имеет следующие характеристики:

• Вид материала – металл.
• Цвет – серебристо-голубой.
• Покрытие – защищен оксидной пленкой, под которой скрывается блеск и сияние.

Цинк содержится в коре земли. Доля металла в ней не очень большая: всего 0,0076%.

Как единичного материала цинка не существует. Он входит в состав многих руд и минералов.

• Наиболее распространенными являются: цинковая обманка, клейофан, марматит. Кроме этого, цинк можно встретить в следующих природных материалах: вюртцит, франкленит, цинкит, смитсонит, каламин, виллемит.
• Спутниками цинка обычно являются: германий, кадмий, таллий, галлий, индий, кадмий.
• Наиболее популярными являются сплавы цинка и алюминия, меди, олова, никеля.

О роли цинка в нашей жизни расскажут специалист в этом видео:

Металлы-конкуренты

С цинком могут конкурировать только 4 металла: титан, алюминий, хром и медь. Описанные материалы имеют следующие характеристики:

1. Алюминий: серебристо-белый цвет, хорошо проводит электричество и тепло, поддается обработке давлением, устойчив к коррозии, имеет низкую плотность, применяется в процессе производства стали (для повышения жаростойкости).
2. Титан: серебристо-белый цвет, большая температура плавления, при соприкосновении с воздухом окисляется, низкая теплопроводность, легко поддается ковке и штамповке, при высокой температуре на поверхности образуется прочная защитная пленка.
3. Хром: синевато-блестящий цвет, высокая твердость, хрупкость, стойкость к окислению в условиях атмосферы и воды, используется для декоративного покрытия.
4. Медь: красный металл, имеет высокую пластичность, хорошую электропроводность, высокую теплопроводность, стойкость к коррозионным процессам, применяется в кровельных материалах.

Для строительных целей наиболее часто (кроме цинка) применяют и другие цветные металлы. К ним относятся: бронза, латунь, силумин, баббит, дюралюминий и несколько других.

Цинк отличается от прочих металлов тем, что легко поддается деформации при температуре от 100 ºС до 150 ºС. В таком температурном диапазоне цинк так же поддается ковке и прокату в тонкие листы.

Плюсы и минусы

Плюсы:

• Хорошая жидкотекучесть, благодаря чему легко заполняются литейные формы.
• Высокая пластичность во время проката.
• Чистый цинк хорошо поддается ковке.
• Благодаря своим свойствам и воздействию температуры способен принимать различные состояния.
• Отлично защищает изделие от коррозии, благодаря чему охотно пользуется спросом в строительстве и машиностроении.

• При нагреве вместе с фосфором или серой может взорваться.
• На воздухе теряет блеск.
• При комнатной температуре имеет маленькую пластичность.
• Не находится в природе в чистом виде.

Масса, механические, химические и физические свойства цинка, его основные характеристики будут рассмотрены нами ниже.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

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

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

Химические

Химические свойства цинка:

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

Структура и состав

Формула цинка следующая: Zn. Конфигурация внешнего слоя атома — 4s 2 . Цинк имеет химическую связь металлическую, кристаллическую решетку – гексагональную, плотную.

Цинк в природе состоит их трех стабильных изотопов (перечислим их: 64 Zn (48,6%), 66 Zn (26,9%) и 67 Zn (4,1%)) и нескольких радиоактивных. Самый важный из радиоактивных имеет полураспад равный 244 суткам.

Производство

Как говорилось, цинк не содержится в природе в чистом виде. Его в основном получают из полимерных руд. В этих рудах цинк присутствует в форме сульфида. С ним всегда идут сопутствующие металлы, перечисленные выше.

С помощью процесса обогащения селективной флотацией получают концентрат цинка. Параллельно этому процессу из полиметаллических руд выходят другие концентраты веществ. Например, свинцовые и медные.

Полученные цинковые концентраты обжигают в печи. В результате действия высоких температур цинк переходит из сульфидного состояния в оксидное. В процессе производства выделяется сернистый газ, который идет на производство серной кислоты. Чистый цинк получают из оксида цинка двумя способами: пирометаллургическим и электролитическим.

• Пирометаллургический способ имеет очень давнюю историю. Концентрат обжигают и подвергают процессу спекания. Затем цинк восстанавливают с применение угля или кокса. Цинк, полученный этим способом, доводят до чистого состояния с помощью отстаивания.
• При электролитическом способе концентрат цинка обрабатывают с помощью серной кислоты. В результате получается раствор, который подвергают процессу электролиза. Здесь цинк осаждается и его подвергают плавлению в специальных печах.

Области применения

Цинк, как элемент, содержится в достаточном количестве в земной коре и в водных ресурсах.

• При производстве масляных красок.
• При изготовлении резиновых шин.
• В медицине.
• Способен восстанавливать благородные металлы.
• Применяется в качестве защитного средства от коррозии.
• Используется в полиграфической промышленности.
• Применяется при изготовлении аккумуляторов.

Половина всего производства цинка идет на выполнение функции «защита от коррозии». Благодаря свои свойством из цинка с успехом отливают ответственные детали (например, для самолетов). Цинк широко применяется совместно с медью и свинцом.

Цинк так же использует в виде порошка для осуществления ряда химико-технологических процессов.

О том, как снять цинк, вам поведает данное видео:

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:

Источник: stroyres.net