Реферат: Свойства и получение цинка
Реферат: Свойства и получение цинка
Тема
Цинк
Введение
Элемент цинк (Zn) в
таблице Менделеева имеет порядковый номер 30. Он находится в четвертом периоде
второй группы. Атомный вес - 65,37. Распределение электронов по слоям 2-8-18-2
Происхождение названия
элемента неясно, однако кажется правдоподобным, что оно произведено от Zinke
(по-немецки «острие», или «зуб»), благодаря внешнему виду металла.
Цинк представляет собой
синевато - белый металл, плавящийся при 419 С, а при 913 С превращающийся в
пар; плотность его равна 7,14 г/см3. При обыкновенной температуре цинк довольно
хрупок, но при 100-110 С он хорошо гнется и прокатывается в листы. На воздухе
цинк покрывается тонким слоем окиси или основного карбоната, предохраняющим его
от дальнейшего окисления.
Вода почти не действует
на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений значительно левее водорода. Это
объясняется тем, что образующаяся на поверхности цинка при взаимодействии его с
водой гидроокись практически нерастворима и препятствует дальнейшему течению
реакции. В разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с образованием
соответствующих солей.
Кроме того, цинк подобно
бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроокиси, растворяется в
щелочах. Если нагреть цинк на воздухе до температуры кипения, то пары его
воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем, образуя окись цинка
При нагревании цинк
взаимодействуют с неметаллами (кроме водорода, углерода и азота). Активно
реагирует с кислотами:
Zn + H2SO4 (разб.) =
ZnSO4 + H2
Цинк – единственный
элемент группы, который растворяется в водных растворах щелочей с образованием
ионов [Zn(OH)4] (гидроксоцинкатов):
Zn + 2OH +
2H2O = [Zn(OH)4] + H2
1.
Сырьё для
получения цинка
Содержание в земной
составляет Zn 2,0 *10-2 %.Цинк обычно
содержится в полиметаллических рудах и является спутником свинца и меди.
НИИ «Уралмеханобр»
(принадлежит УГМК) разработал технологию извлечения металлизованных окатышей и
цинкового концентрата из отходов электросталеплавильного производства. Новый
метод позволит металлургам получать недорогое сырье и решать экологические
проблемы.
Источником получения
цинка является рудное сырье, которое обычно находится в сульфидном состоянии, а
цинк представлен преимущественно сфалеритом (ZnS). Руды всегда комплексные,
содержат кроме цинка свинец, медь, железо, серебро и др. В последнее время
используется вторичное сырье в странах с высоким потреблением.
Сырьем является цинковый
концентрат. В качестве исходного материала используют не только минеральное и
вторичное, но также и цинкосодержащие продукты других производств: шлаки и пыли
металлургических производств свинца, меди, олова, чугуна. Эти продукты гораздо
бедней по цинку, чем цинковые концентраты и все же их включают в цинковое
сырье. Цинковистые шлаки до недавнего времени считались отвальными продуктами,
хотя в них содержится значительное количество цинка, особенно в свинцовых
шлаках (10-17% цинка).
Распространение цинка в
природе и его промышленное извлечение. Содержание цинка в земной коре
составляет 7,6·10–3%, он распространен примерно так же, как рубидий
(7,8·10–3%), и чуть больше, чем медь (6,8·10–3%).
Основными минералами
цинка являются сульфид цинка ZnS (известный как цинковая обманка или сфалерит)
и карбонат цинка ZnCO3
Первое место в мире по
добыче (16,5% мировой добычи, 1113 тыс. т, 1995) и запасам цинка занимает
Канада. Кроме того, богатые месторождения цинка сосредоточены в Китае (13,5%),
Австралии (13%), Перу (10%), США (10%), Ирландии (около 3%).
Добыча цинка ведется в 50
странах. В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а
также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья.
Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на
долю которого приходится более 50% добычи цинка в странах СНГ. Цинк добывают
также в Азербайджане, Узбекистане (месторождение Алмалык) и Таджикистане.
Инновационность
технологии в том, что она позволяет одновременно получать из отходов цинк и
металлическое железо. Раньше такое не удавалось. Суть процесса пояснил
заведующий отделом окускования руд и концентратов «Уралмеханобра» Самуил
Меламуд: «Пыли вместе со шлаками доменного производства и другие
железосодержащие отходы окомковываются и загружаются в специально созданную
вращающуюся печь. В ней создается особая атмосфера и режим обжига (именно в них
заключается ноу-хау), которые позволяют извлекать цинк и металлизовать
имеющееся в окисной форме железо. Цинк улавливается в тканевых рукавных
фильтрах, а окатыши охлаждаются, обрабатываются и передаются для
металлургического передела».
По подсчетам ученых, в
среднем из одной тонны пыли возможно получить 300 — 350 кг металлического железа и 50 — 70 кг цинка. Новый способ переработки отходов позволит
использовать дешевое вторсырье, снизить затраты на хранение вредных отходов и
экологические платежи. В итоге себестоимость получаемого цинка будет на 15 —
20% ниже его нынешних мировых цен (1,9 тыс. тонн на Лондонской бирже металлов).
Срок окупаемости новых установок при объеме 20 — 30 тыс. тонн переработки в год
составляет не более четырех лет.
Сейчас готовится
экономическое обоснование целесообразности внедрения технологии на предприятиях
УГМК: Металлургическом заводе им. А.К. Серова, Вторцветмете (Сухой Лог),
Медногорском медно-серном комбинате. В дальнейшем планируется продавать
лицензии на право использования ноу-хау другим меткомпаниям.
Ученые ОАО «
Уралмеханобр» (предприятие научного комплекса УГМК) совместно со специалистами
УГМК разработали новую для отечественных и зарубежных предприятий черной
металлургии технологию по извлечению цинка и железа из пылей
электросталеплавильного производства. Инновационность технологии состоит в том,
что она позволяет одновременно получать из сырья цинк и металлическое железо,
чего ранее не удавалось.
Как сообщил один из
авторов разработки, заведующий отдела окускования руд и концентратов ОАО
«Уралмеханобр» Самуил Меламуд, технология обеспечивает извлечение
металлизованных окатышей и цинкового концентрата путем восстановительного
обжига цинкосодержащих пылей. Предварительные результаты показали, что из тонны
пылей Металлургического завода им. А.К. Серова можно получить 300–350 кг
металлического железа и 50–70 кг цинка.
«Рост затрат на добычу
рудного сырья и ломов, ограниченность природных ресурсов и ожидаемое увеличение
штрафных санкций за загрязнение окружающей среды закономерно приводит к тому,
что промышленники начинают все более серьезно относится к вопросам вторичной
переработки техногенных отходов, – говорит Самуил Меламуд. – Тем более что
современные технологии уже способны быть экономически выгодными».
В апреле текущего года на
Медногорском медно-серном комбинате (Оренбургская область, предприятие
металлургического комплекса УГМК) удачно прошли опытно- промышленные испытания
новой технологии. В настоящее время готовится экономическое обоснование целесообразности
по внедрению технологии на одном из предприятий УГМК
2.
Способы получения
цинка
При резком охлаждении
пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Часто
бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.
Цинк в природе как
самородный метал не проявляется. Цинк добывают двумя способами :
1)
пирометаллургический
метод
2)
гидрометаллургический
метод из полиметаллических руд, содержащих 1-4 % Zn в виде сульфида, а также
Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые
концентраты (50-60 % Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также
пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое,
переводя сульфид цинка в оксид ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO2
расходуется на производство серной кислоты. От ZnO к Zn идут двумя путями.
1) По
пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна,
обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и
газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200 — 1300 °С:
ZnO + С = Zn + CO.
Образующиеся при этом
пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление
проводили только в ретортах из обожженной глины, обслуживаемых вручную, позднее
стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем —
шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов цинк получают
в шахтных печах с дутьем. Производительность постепенно повышалась, но цинк
содержал до 3 % примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный цинк
очищают ликвацией (то есть отстаиванием жидкого металла от железа и части
свинца при 500 °C), достигая чистоты 98,7 %. Применяющаяся иногда более сложная
и дорогая очистка ректификацией дает металл чистотой 99,995 % и позволяет
извлекать кадмий.
Основной способ получения
цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты
обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей
(осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно
выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых
катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных
печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95 %, полнота извлечения его из
концентрата (при учете переработки отходов) 93-94 %. Из отходов производства
получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.
2) Гидрометаллургический
способ переработки обожженных цинковых концентратов заключается в растворении
окиси цинка водным раствором серной кислоты и в последующем осаждении цинка
электролизом. Поэтому гидрометаллургический способ называют иногда
электролитическим. При производстве цинка электролизом цинковый концентрат
предварительно подвергают окислительному обжигу.
Страницы: 1, 2, 3 |