Цинк применение в промышленности

Цинк применение в промышленностиЦинк — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка). Эссенциальный (незаменимый) микроэлемент тканей человека. По количественному соотношению в организме занимает второе, после железа, место. Ему принадлежит ключевая роль в регенерации поврежденных тканей, так как без цинка нарушается синтез нуклеиновых кислот и белка.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

СВОЙСТВА

Цинк применение в промышленностиПри комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). Имеет низкую температуру плавления. Объем металла при плавлении увеличивается в соответствии со снижением плотности. С повышением температуры уменьшается кинетическая вязкость и электропроводность цинка и возрастает его удельное электрическое сопротивление. При 100—150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Является диамагнетиком.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Цинк применение в промышленностиСреднее содержание цинка в земной коре — 8,3·10 -3 %, в основных извержённых породах его несколько больше (1,3·10 -2 %), чем в кислых (6·10 -3 %). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.

Месторождения цинка известны в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО «ГМК Дальполиметалл»

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.
Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые 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.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Цинк применение в промышленностиЦинк в природе как самородный металл не встречается. Известно 66 минералов цинка, в частности цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит. Наиболее распространенный минерал — сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Из-за трудности определения этого минерала его называют обманкой (др.-греч. σφαλερός — обманчивый). 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.

ПРИМЕНЕНИЕ

Цинк применение в промышленностиЧистый 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.

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций).

Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах.

Пластины цинка широко используются в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Для этого с XIX века применяется цинкография — изготовление клише на цинковой пластине при помощи вытравливания кислотой рисунка в ней. Примеси, за исключением небольшого количества свинца, ухудшают процесс травления. Перед травлением цинковую пластину подвергают отжигу и прокатывают в нагретом состоянии.

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 применение в промышленности

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.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники. Сульфид цинка — составная часть многих люминофоров. Фосфид цинка используется в качестве отравы для грызунов.

Читайте также:  Как устроен power bank

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

Цинк можно назвать наиболее молодым из всех тяжелых цветных металлов. Примечательно, что вначале XIX в. его производили не более 900 т в год, то на сегодняшний день производство цинка за рубежом превышает 6 млн. тонн в год.
Цинк находится на особом счету среди металлов, которые использует промышленность. В качестве конструкционного материала нелегированный цинк популярностью не пользуется, поскольку имеет недостаточно благоприятный комплекс механических, физических и технологических качеств. Тем не менее, дополнительное легирование цинка разными элементами в значительной степени увеличивает перечисленные свойства и характеристики. По этой причине пятая часть всего цинка (около 20%) используется на приготовление цинковых сплавов, в которых главными легирующими компонентами выступают алюминий и медь. Также использование цинка востребовано и в производстве медного сплава — латуни.

Виды цинка

Согласно документу ГОСТ 3640–94 сегодня производится цинк восьми марок, химический состав которых указан в следующей таблице:
Цинк применение в промышленности

В цинке, который используется для создания сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца не должна превышать 0,004 %.
А в цинке, который используется для проката, массовая доля алюминия не должна превышать 0,005 %.

Цинковое покрытие

Изначально производство цинкового покрытия проводилось методом погружения детали в расплавленный цинк, то есть горячим методом. Этот метод используется и сегодня для крупногабаритных предметов. Чтобы получить тонкое цинковое покрытие применяют процесс электролитического цинкования деталей. Оба этих метода могут быть реализованы исключительно в цеховых условиях.
Чтобы улучшить защитные качества цинковых покрытий и продлить период их эксплуатации поверхность покрытий должна быть дополнительно пассивирована (фосфатирована, хроматирована), промаслена и окрашена. Основываясь на высоких защитных свойствах цинковых покрытий, были разработаны методики их нанесения не в цеху, а прямо на объекте, исключая этап демонтажа изделий.
Довольно распространенными являются цинкполимерные и цинксиликатные материалы, в которых содержится от 80 до 98 % цинка. Ими покрывают защищаемые конструкции при помощи механизмов для распыления лакокрасочных материалов. Такие покрытия отличаются более высокими изолирующими характеристиками, в сравнении с металлическими цинковыми покрытиями, они повышают уровень защиты конструкций от коррозии и дают возможность расширить границы использования цинка и его сплавов.

Применение цинка

От марки цинка зависит область применение цинка. Его используют для:

  • цинкования стали
  • получения цинковых сплавов
  • создания цинковых полуфабрикатов
  • получения цинковых соединений.

Почти треть цинкового проката занимают цинковые листы общего предназначения, которые делятся по толщине на четыре группы:

Цинковые листы применяют для создания химических источников тока, оцинкованной посуды и прочего. Цинковые листы являются сырьем для создания печатных форм для ротационных машин в полиграфической промышленности. Цинковые аноды используют в процессе оцинкования продукции гальваническим методом. Много цинковых листов идет на нужды строительства, а именно для изготовления кровельных покрытий, создания труб, сточных желобов.
Однако, наибольшей популярностью цинк пользуется в качестве покрытия для предотвращения коррозии железа и сплавов на его основе, то есть сталей. На это тратится до 50 % всего получаемого промышленностью цинка. Процесс цинкования – это покрытие цинком или его сплавами различных металлических изделий. Этот процесс актуален для защиты от коррозии стальных листов, проволоки, ленты и прочих металлических предметов. Главная область использования оцинкованных листов – это строительство.
Цинковые сплавы применяются для получения высокоточных деталей стабильного качества, имеющих тонкий рельеф. С переходом на производство из цинкового литья вентильных деталей газовой горелки, создаваемых ранее из латуни, было зафиксировано снижение цены изделий в 6 раз.
Чистый металлический цинк применяют для проведения восстановительных реакций благородных металлов, которые получают методом подземного выщелачивания. К таким металлам относят золото и серебро. Также цинк применяют для извлечения серебра, золота (и прочих металлов) из чернового свинца. Таким образом, получают интерметаллиды цинка с серебром и золотом, другое название «серебристая пена». Далее эти соединения обрабатывают обычными методами аффинажа.
Применение цинка в медицине обусловлено антисептическими и противовоспалительными свойствами окиси цинка. Также цинк известен своими антигрибковыми качествами, вследствие чего применяется в косметологии.

Автомобильная промышленность

Крупнейшим потребителем оцинкованной стали можно назвать автомобильную промышленность. Достоинство использования оцинкованных листов для автомобилестроения заключаются в создании благоприятных условий для комплексной защиты стали от коррозии при покрытии металла слоем краски. Цинковое покрытие является идеальной основой под покраску, поскольку формирующийся в местах пор основной карбонат цинка по объему не отличается от цинка и, следовательно, не приводится к разрушению слоя краски. Из оцинкованных листов делают:

  • днища
  • бензобаки
  • крышки багажников
  • надколесные кожухи
  • двери
  • глушители и многое другое.

Окись цинка довольно востребована в производстве резины. Она повышает качество резиновых шин и многих других резиновых изделий.
Из литейных цинковых сплавов создают отливки корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, а также разнообразных декоративных комплектующих.
Несколько соединений цинка являются красками, к примеру, окись цинка или цинковые белила, литопон (смесь сульфата бария и сульфида цинка). Краска, которую делают из сульфида цинка, является наилучшей для нанесения на космические корабли, поскольку она отличается самыми высокими отражательными показателями.

Читайте также:  Титан и титановые сплавы

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

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

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

Цинк применение в промышленности

Особенности цинка

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

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

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

Цинк применение в промышленности

Водный арсенат кадмия, цинка и меди

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

Химические, физические свойства и характеристики цинка

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

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

Цинк применение в промышленности

Цинк в жидком состоянии

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

Электронная формула: ядро атома металла содержит 30 протон, 35 нейтрон. В атоме 4 энергетических уровня – 30 электронов. (рис. строение атома цинка)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .

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

Структура и состав цинка

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

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

Цинк применение в промышленности

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

Производство цинка

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

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

  • Роторы, расположенные вертикально, электролитные.
  • Специальные печи с достаточно высокой температурой для обжига, а также специальные электропечи.
  • Транспортёры и ванны для электролиза.

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

Получение чистого цинка

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

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

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

Цинк применение в промышленности

Есть 2 способа получения металла:

  1. Пирометаллургический – идет процесс обжигания, после — полученная масса восстанавливается с помощью чёрного угля и кокса. Конечным процессом является отстаивание.
  2. Электролитический – добытая масса обрабатывается серной кислотой. Полученный раствор подвергают электролизу, при этом металл оседает, его плавят в печах.

Выплавка цинка в печи

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

При процентной ставке 0.2 железа, лист невозможно будет прокатать.

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

Применение металла

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

  1. Цинкование – до 60%.
  2. Медицина – 10%.
  3. Различные сплавы, содержащие данный металл 10%.
  4. Выпуск шин 10%.
  5. Производство красок – 10%.

Цинк применение в промышленности

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

Цинк в металлургии

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

Читайте также:  Горелка пропан сжатый воздух

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

Способы оцинкования

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

Горячий способ оцинкования

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

  1. Деталь или изделие обезжиривается, очищается, промывается и сушится.
  2. Далее, цинк расплавляется до жидкого состояния при температуре до 480 °С.
  3. В жидкий раствор опускается подготовленное изделие. При этом оно хорошо смачивается в растворе и образуется покрытие толщиной до 450 мкм. Это является 100% защитой от воздействия внешних факторов на изделие (влага, прямые солнечные лучи, вода с химическими примесями).

Цинк применение в промышленности

Горячее цинкование металлоконструкций

Но, данный метод имеет ряд недостатков:

  • Цинковая пленка на изделии получается неравномерного слоя.
  • Нельзя использовать данный метод для деталей, отвечающих точным стандартам по ГОСТу. Где каждый миллиметр считается браком.
  • После горячего оцинкования, не каждая деталь останется прочной и износостойкой, поскольку после прохождения высокой температуры появляется хрупкость.

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

Холодное оцинкование

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

  1. Металлическая деталь, изделие подготавливается (обезжиривается, очищается).
  2. После этого проводится «метод окрашивания» — применяется специальный состав, имеющий главный компонент – цинк.
  3. Деталь покрывается данным составом методом распыления.

Цинк применение в промышленности

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

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

Термодиффузионный способ

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

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

  1. При температуре от 290 °С до 450 °С в порошковой среде, поверхность детали насыщается Zn. Здесь маркировка стали, а также тип изделия имеют значение – выбирается соответствующая температура.
  2. Толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
  3. В закрытый резервуар помещается изделие из стали, чугуна.
  4. Добавляется туда специальная смесь.
  5. Последним шагом является специальная обработка изделия от появления белых высолов от солёной воды.

Цинк применение в промышленности

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

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

Иные сферы применения цинка

Помимо оцинкования, металл применяется и в других сферах промышленности.

  1. Цинковые листы. Для производства листа выполняется прокатка, в которой важна пластичность. Это зависит от температурного режима. Температура в 25 °С дает пластичность только в одной плоскости, что создает определенные свойства металла. Тут главное для чего изготавливается лист. Чем выше температура, тем тоньше получается металл. В зависимости от этого идет маркировка изделия Ц1, Ц2, Ц3. После этого из листов создаются различные изделия для автомобилей, профиля для строительства и ремонта, для полиграфии и так далее.
  2. Цинковые сплавы. Для улучшенных свойств металлических изделий, добавляется цинк. Данные сплавы создаются при высоких температурах в специальных печах. Чаще всего производятся сплавы из меди, алюминия. Данные сплавы применяются для производства подшипников, различных втулок, которые применимы в машиностроении, судостроении и авиации.

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

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

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

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.