Цинк — король металлургической промышленности

История цинка Pt. III: Европа учится плавать

Спустя более 500 лет после начала дистилляции металлического цинка в Индии, а спустя 150 лет после того, как китайцы разработали метод плавки серого металла, дистилляция цинка, наконец, нашла свой путь в Европу.

Хотя производство каламина латуни было хорошо понято в регионе, поскольку первые монеты латуни были изготовлены во время древней Греции и Рима, есть мало свидетельств того, что цинк был признан уникальным металлом до XVI века.

Спустя более 500 лет после начала дистилляции металлического цинка в Индии, а спустя 150 лет после того, как китайцы разработали метод плавки серого металла, дистилляция цинка, наконец, нашла свой путь в Европу.

Хотя производство каламина латуни было хорошо понято в регионе, поскольку первые монеты латуни были изготовлены во время древней Греции и Рима, есть мало свидетельств того, что цинк был признан уникальным металлом до XVI века.

Дистилляция цинка и Европа

Ученый эпохи Возрождения Парацельс считается первым европейцем, который идентифицировал цинк как отдельный металл, когда описал появление остроконечных металлических кристаллов в немецком свинцовом заводе как «цинк» 'в 1526 году (вероятно, получив термин от zinke , немецкий для острого).

В двух работах, опубликованных Георгием Агрикола в 1546 и 1556 годах, в которых изложены методы, используемые для переработки серебра и свинца в горах Харца в Германии, также упоминается белый металл, который осаждается на стенках печей. Тем не менее, еще два столетия назад были предприняты усилия по производству цинкового металла в регионе.

Антон фон Шваб, шведский химик, добился успеха в своих попытках извлечь цинк из каламина с использованием дистилляции в 1742 году, а Андреас Сигизмунд Маргграф, независимо работающий в Германии, выделил элемент из разных руд несколько лет спустя в 1746. <

William Champion

Именно в этот же период Уильям Чемпион, сын латунного производителя и сам металлург, разработал процесс вертикального перегонки цинка с использованием реплик глины в мода, подобная той, которая применяется в Заваре, Индия.

Чемпион придумал свою технику, это вопрос дебатов, но из-за сходства между его методом и теми, которые использовались в Индии, было высказано предположение, что он, возможно, узнал об этой технологии у торговцев или путешественников в Южной Азии ,

Чемпион открыл первый в Европе завод по производству цинка в Бристоле — сердце латунного региона Англии — в 1743 году.

Его операция якобы смогла выплавить 400 килограммов основного металла за 70 часов с использованием шести реторт.

[attention type=yellow]

Трейдеры в Британии, которые процветали от процветающей торговли, которая привезла цинк из Китая в латуни в Бристоле и Суонси в течение 17-го века, ответили, снизив свои цены на 80 процентов в безуспешной попытке заставить англичанина отказаться от усилий для плавки цинка на месте.

[/attention]

Германия и Цинк

К 1798 году в Германии также был свой первый завод по производству цинка в Верхней Силезии, а бельгийские цинковые предприятия начали работу в La Vieille Montague в 1805 году. За несколько лет бельгийский завод стал крупнейшим в мире производителем очищенного цинка

Исследования металлургии быстро продвигали технологии производства многих металлов в начале XIX века. Важнейшей разработкой в ​​добыче цинка было осознание того, что обжиг сульфида цинка (цинковая обманка) может производить оксид цинка для использования в процессе реторты.

Возможность превращения цинковой обманки, более доступного рудного типа, в оксид для дистилляции позволила значительно увеличить производство металла. Этот процесс прокаливания по-прежнему используется для прессования цинковой обманки на современных заводах по производству цинка.

Оцинковка цинка и рост производства цинка

Большая доступность металла также привела к более коммерческим применениям.

И в 1805 году развитие проката цинка привело к коммерциализации цинковой кровли, водостоков, водосточных труб и даже мусорных баков.

Еще одна область исследований, которая развивалась в это время, связана с цинкованием цинка; Индустрия, которая через 200 лет стимулирует спрос на современном рынке цинкового металла.

Станислав Сорель, французский инженер, подал патент на использование естественной способности расплавленного цинка защитить железо от коррозии в 1837 году. Аналогичные патентные заявки распространились на Великобританию, где к 1856 году индустрия гальванизации потребляла 10 000 тонн цинка.

Горячее цинковое цинкование впервые было использовано в металлургических заводах для защиты их изделий, но благодаря достижениям Генри Бессемера в производстве стали, взрывной рост производства стали во второй половине XIX века привел к еще большему спросу на металл, который в настоящее время используется для покрытия стальных телеграфных проводов и конструкционных кабелей.

Бруклинский мост, завершенный в 1883 году, как сообщается, использовал в своем строительстве примерно 15 000 миль кабеля с оцинкованным покрытием.

Подробнее

История цинка Pt. I: Древняя латунь и индийское производство цинка

История цинка Pt. II: Раннее китайское цинковое плавление История цинка Pt. III: Европа (наконец) изучает, как плавить цинк История цинка Pt. IV: Цинк в 20-м веке

Источники

Цинк — металлургия и его сорта

Применение цинка было известно еще в древности. Сплавы меди с оловом (бронза) и с цинком (латунь) были известны еще в древнем Риме и в античной Греции. Однако эти элементы не выделялись из руд, а из руд перекочевывали непосредственно в упомянутые сплавы. Обычно это делалось так. Куски меди нагревались совместно с каламином (старое название карбоната цинка) и углем.

Выплавка цинка

Искусство выплавки цинка как такового возникло  в Индии, затем перешло в Китай, а оттуда было вывезено в Европу португальцами. Промышленное производство цинка было основано в Европе в 17 веке.

Основным способом производства цинка был пирометаллургический способ, базирующийся на восстановлении углем в ретортах предварительно обожженной руды. При этом оксид цинка восстанавливался до металла, который в виде паров удалялся из реторты и переходил в жидкость в конденсаторе.

Сначала использовались вертикальные реторты, но затем были разработаны конструкции горизонтальных реторт, которые не надо было охлаждать при заполнения рудой и углем и выгрузке огарка.

[attention type=red]

С определенными модификациями, связанными с общим прогрессом в химическом машиностроении, метод дожил до настоящего времени. Начиная с 1915 года, нашел применение другой способ переработки цинковых руд – электролитический.

[/attention]

Цинк получают из сульфидных руд, содержащих сульфид цинка и некоторое количество сульфида свинца (эти руды иногда называют свинцово-цинковыми), а также серебро и некоторые другие драгоценные и редкие металлы. Но чисто полиметаллических руд в природе почти не встречается, они находятся в балластных материалах.

Поэтому применяется предварительное обогащение руд. Руда с избыточным количеством  инертной  породы  предварительно  дробится  и обогащается по целевому компоненту либо флотационным, либо гравитационным способом. В лучшем случае получаются цинковые концентраты, содержащие 48-58% цинка, 1-2% свинца, до 2% меди, 5-10% железа и около 30% серы.

Одновременно получаются пиритные, медные и свинцовые концентраты. Но такие чистые концентраты получают не во всех случаях. Большей частью наблюдается тесное прорастание различных минералов, и разделение как различных минералов между собой, так и от пустой породы происходит не так эффективно.

Подобного рода проблемы возникают при переработке полиметаллических руд Урала и Алтая.

Металлургия цинка

В настоящее время половина мирового производства цинка основана на гидрометаллургическом, а другая половина – на пирометаллургическом способах.

Но в любом случае первой стадией процесса является обжиг измельченной и обогащенной руды в печах с кипящим слоем. В результате обжига образуется оксид цинка и выделяется сернистый газ. В некоторых печах сернистый газ улавливается для производства побочного продукта – серной кислоты, из других печей, расположенных в малонаселенных районах, он выбрасывается в атмосферу.

Дальнейшая обработка обожженного продукта осуществляется по одному из двух методов. По термическому методу концентрат оксида цинка, остающийся после обжига руды, смешивают с углем и при температуре 1200-1300°С восстанавливают металл. Этот метод является морально устаревшим и постепенно заменяется на другой, более прогрессивный гидрометаллургический.

При гидрометаллургическом производстве цинка обожженные концентраты обрабатывают горячим раствором серной кислоты в чанах с механическим или пневматическим перемешиванием.

При этом в раствор, помимо цинка, переходят также и другие примеси, поэтому сульфатный раствор подвергают очистке сначала окислением и  частичным гидролизом (для отделения от железа и мышьяка), затем цинковой пылью (от меди и кадмия) и осаждающими реактивами от кобальта.

[attention type=green]

Затем раствор подвергают электролизу, в результате чего цинк осаждается в виде металла на алюминиевых катодах. Периодически образовавшийся катодный цинк сдирают, переплавляют в индукционных печах под слоем нашатыря металл разливают в чушки.

[/attention]

Очевидно, что пирометаллургический метод не в состоянии дать металлический цинк высокой степени чистоты, в нем всегда будет присутствовать в заметном количестве основная примесь – свинец.

Однако оказалось, что именно наличие свинца в первых применениях цинка в процессах горячего цинкования способствовало положительному результату – свинец, как будет показано чуть далее, значительно повышает жидкотекучесть цинка, что благоприятно сказывается на качестве покрытия.

В настоящее время основная часть технологий цинкования погружением основана на использовании свинца в качестве подслоя на дне ванн. Наличие такого подслоя облегчает удаление образующегося над ним осадка гартцинка без опасности повредить дно ванны. При этом имеющиеся преимущества использования низких сортов металлического цинка используются не полностью.

В таблицах 2.8-2.10 приводятся данные по составу сортов цинка, выпускаемым в соответствии с действующими в различных странах стандартами.

Видно, что во всех приведенных стандартах существуют марки как невысокой степени чистоты (Prime Western в США, С2 и С3 в России, Z5 в Европейском сообществе), так и сорта высокой степени чистоты, а именно, 99,99%.

Хотя именно сорта с наименьшей степенью чистоты наиболее пригодны для технологий горячего цинкования, и этот факт особым образом отражается во всех существующих стандартах на горячее цинкование, достать эти сорта, по крайней мере, в России практически невозможно. И связано это со стремлением cоответствующих фирм получить большую цену за тот же вес продукта.

Таблица  2.8.  Характеристики цинка различной степени чистоты согласно ASTM B6.

Градация цинка	легирующих элементов, %
Pb max	Fe max	Cd max	Zn min
Specific grade (b)	0,003	0,003	0,003	99,990
High grade	0,03	0,02	0,02	99,9
Prime western (c)	1,4	0,05	0,20	98,0
(b) содержание олова 0,001% макс.
(с) содержание алюминия 0,05% макс.

Цинк является третьим по объемам производства цветным металлом в мире после алюминия и меди. Производство и потребление цинка растут высокими темпами. В 1990 г.

в мире выплавили 6,7 млн тонн чистого (рафинированного) цинка, в 1995 году – 7,2 млн, а в 2001 г. – 9,2 млн. тонн. На предприятиях цинковой промышленности по всему миру работают более 230 тысяч человек.

Мировое потребление рафинированного цинка в 2001 году составило 8,78 млн тонн.

Таблица № 2.9. Характеристики цинка различной степени чистоты по ГОСТ 3640-94.

Марка	Примесь, не более
Цинк, не менее	Свинец	Кадмий	Железо	Медь	Олово	Мышьяк	Всего
ЦВ00	99,997	0,00001	0,002	0,00001	0,00001	0,00001	—	0,003
ЦВ0	99,995	0,003	0,002	0,002	0,001	0,001	—	0,005
ЦВ	99,99	0,003	0,002	0,003	0,001	0,001	0,0005	0,01
Ц0А	99,98	0,01	0,003	0,003	0,001	0,001	0,0005	0,02
Ц0	99,975	0,013	0,004	0,005	0,001	0,001	0,0005	0,025
Ц1С	99,96	0,015	0,01	0,01	0,001	0,001	—	0,04
Ц1	99,95	0,02	0,01	0,01	0,002	0,001	0,0005	0,05
Ц2	98,7	1,0	0,2	0,05	0,005	0,002	0,01	1,3
Ц2С	98,6	1,3	0,008	0,04	0,01	0,01	0,01	1,4
Ц3С	98,5	1,4	0,2	0,05	0,02	0,04	0,01	1,5
Ц3	97,5	2,0	0,2	0,1	0,05	0,005	0,01	2,5

Потребление цинка на душу населения в мире равно сейчас 1,45 кг/чел; при этом в Австралии этот показатель более 8, в Западной Европе равен 6.

Таблица  №  2.10.  Характеристики цинка различной степени чистоты по EN1179:1995.

Градация	Цветовой код	Цинк	Свинец	Кадмий	Железо	Олово	Медь	Алюминий	Сумма элементов
Z1	белый	99,995	0,003	0,003	0,002	0,001	0,001	0,001	0,005
Z2	желтый	99,99	0,005	0,005	0,003	0,001	0,002	—	0,01
Z3	зеленый	99,95	0,03	0,01	0,02	0,001	0,002	—	0,05
Z4	голубой	99,5	0,45	0,01	0,05	—	—	—	0,5
Z5	черный	98,5	1,4	0,01	0,05	—	—	—	1,5

Цинковая промышленность России

Цинковая промышленность России не играет сколько-нибудь важной роли в мире, однако очень важна для отечественной экономики. Добыча цинка в России составляет лишь 1,7% от мировой, а производство рафинированного цинка – 2,7%.

Уровень потребления цинка в стране – около 1 кг/чел, это намного ниже среднемирового, что соизмеримо лишь с душевым потреблением в Азии. В России цинк извлекается из медно-колчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья.

[attention type=yellow]

На долю месторождений Уральского региона (Башкирия, Челябинская и Оренбургская области) приходится более 75% объема выпуска российских цинковых концентратов.

[/attention]

Обеспеченность разведанными запасами эксплуатируемых месторождений в целом по стране хорошая и составляет 27 лет – на столько времени хватит известных ныне достоверных запасов, чтобы обеспечить нынешний уровень добычи.

В России действуют три цинковых завода. Челябинский электролитный цинковый завод (ЧЭЦЗ) расположен в крупном промышленном центре на Южном Урале. Сегодня это крупнейший в России производитель металлического цинка. Завод на 95% обеспечен местным уральским сырьем. Остальная часть концентрата поступает из разных стран. 80% челябинского цинка реализуется внутри страны.

Другое цинковое предприятие – ОАО «Электроцинк» — расположено на Кавказе, в г. Владикавказ. Среднегодовое производство – 90-100 тысяч тонн.

Но на российском рынке практически невозможно встретить металл из Владикавказа, поскольку предприятие работает по толлинговой схеме, то есть на зарубежных потребителей.

Оно получает из-за границы руду для переработки и туда же отправляет готовый металлический цинк.

Предельный объем выпуска цинка на третьем российском предприятии – ОАО «Беловский цинковый завод» (г. Белово Кемеровской области) составляет 4,5 тыс. тонн в год. Ранее завод работал на привозном сырье, сейчас в связи с утратой производственных связей практически утратил свой потенциал.

Российский рынок испытывает также давление со стороны производителей цинка из Казахстана.

Сейчас, в условиях кризиса, когда менее чем за полгода цена на первичный цинк упала почти вдвое, невозможно предсказать, как будет развиваться рынок первичного цинка как во время кризиса, так и особенно в период выхода из него – это может быть и распродажа цинковых излишков по демпинговым ценам, и нехватка цинка на внутреннем рынке, как это было в начале 90-х годов.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи: by HyperComments

Цинк: производство и применение

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

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.

[attention type=red]

Водный арсенат кадмия, цинка и меди

[/attention]

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/м3 (˃ 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 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)1s22s22p63s23p63d104s2.

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

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.

Сульфид цинка

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.

Чистый цинк

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%.

Медно-цинковый сплав

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.

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).

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.

Холодное цинкование

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.

Термодиффузионное цинкование

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.

[attention type=green]

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

[/attention]

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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.

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.

В полиметаллических рудах описываемый химический элемент содержится в виде сульфида. Кроме этого, природный цинк имеет следующие примеси: Pb, Cd, Fe, Cu, Ag, Аu, Bi. В зависимости от количественного содержание самого цинкового элемента и примесей, цинк имеет несколько марок. По той же системе Менделеева атомная масса цинка составляет 65,409.

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:

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:

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.

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.

[attention type=yellow]

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%.

[/attention]

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: