Цинк, свойства атома, химические и физические свойства

Общие сведения:

Цинк (Zn, Zincum)

История цинка

Цинк в чистом виде впервые выделил Уильям Чемпион в 1738 году, хотя латунь (сплав меди с цинком) использовали в Древнем Египте и Древней Греции (calorizator). Иногда первооткрывателем цинка называют немца С. Маргграфа, который в 1746 году разработал аналогичный способ выработки цинка и описал его более подробно, чем Чемпион.
Названием цинк обязан Парацельсу, в чьих трудах встречаются слова zincum и zinken, которыми назван металл, видимо, из-за схожести его кристаллитов с иглами (zinke – зубец).

Общая характеристика цинка

Цинк является элементом побочной подгруппы II группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 30 и атомную массу 65,39. Принятое обозначение – Zn (от латинского Zincum).

Нахождение в природе

Цинк достаточно распространённый элемент, он содержится в земной коре, практически во всех водных ресурсах Мирового Океана и во многих живых организмах. На сегодняшний день известно более 60-ти минералов цинка (сфалерит, цинкит, каламин и др.). крупные месторождения цинка обнаружены в Австралии, Боливии, Иране и Казахстане.

Физические и химические свойства

Цинк является хрупким, пластичным переходным металлом, имеет бело-голубоватый цвет, на воздухе покрывается слоем оксида цинка, что приводит к потускнению. При высоких температурах сгорает, образуя белый оксид цинка.

Суточная потребность в цинке

В сутки организм взрослого здорового человека должен получать от 9 до 11 мг цинка, дети – чуть меньше, от 2 до 8 мг, женщины в период беременности и кормления грудью – от 11 до 13 мг.

Продукты питания богатые цинком

Основные поставщики цинка – продукты питания, важный для жизнедеятельности организма элемент содержится в зелёных листовых овощах, брокколи, цветной капусте и редисе, моркови и кукурузе, зелёном луке, фасоли, горохе и чечевице, авокадо и ягодах, арахисе, кокосе, грецких и кедровых орехах, кунжуте, пшенице, овсянке и рисе. Присутствует цинк и в продуктах животного происхождения – свинине и баранине, говядине и индейке, мясе утки и говяжьем языке, морепродуктах и рыбе, плавленом сыре и яичном желтке.

Полезные свойства цинка и его влияние на организм

Функции и полезные свойства цинка:

• участие в формировании костных тканей,
• предупреждение диабета,
• препятствие появлению эпилепсии,
• обеспечение быстрого заживления ран,
• пособничество всасыванию витамина А,
• улучшение состояния волос,
• положительное влияние на умственные способности человека,
• профилактика возникновения артрита и ревматизма.

Взаимодействие с другими

Цинк необходим для метаболизма витамина E, витамин А действует только в присутствии цинка. Витамин С и цинк — хорошее средство против катаров и многих вирусных заболеваний.

Признаки нехватки цинка

Нехватка цинка в организме человека характеризуется следующими симптомами:

• расстройства деятельности желудочно-кишечного тракта,
• хрупкость ногтей и появление на них белых пятен,
• истощение и выпадение волос,
• потеря чувства вкуса и аппетита,
• незаживление мелких ран,
• нервозность, быстрая утомляемость,
• снижение памяти.

Признаки избытка цинка

Избыточное содержание цинка в организме человека как правило обусловлено приёмом БАДов и препаратов цинка, характеризуется головными болями, приступами слабости и тошнотой.

Применение цинка в жизни

Цинк в чистом виде используется как восстановитель благородных металлов, как защита стали от коррозии, для производства аккумуляторов, в полиграфической промышленности, в медицине, производстве различных сплавов, резиновых шин и масляных красок.

Автор: Виктория Н. (специально для ) Копирование данной статьи целиком или частично запрещено.

Свойства атома цинка:

Месторождения цинка

Залежи цинковой руды встречаются почти во всех государствах. Активная добыча цинка ведется в 50 из них. Лидирующие позиции по разработке месторождений занимают: Китай, Австралия, Перу, Европа и Канада. В руде цинк содержится вместе другими металлами. Встречаются медные, золотые и серебряные примеси. Самые крупные месторождения сфалерита (ZnS). Он имеется в 98% руд, которые сегодня разрабатывают. Цинковые руды, залегают довольно близко к поверхности земли, чаще всего это оксиды и карбонаты. Геологически доказанные запасы цинка на нашей планете достигают примерно 1900 млн. тонн, запасы (найденные и доступные для разработки) – почти 250 млн. тонн. Самые масштабные залежи цинковой руды расположены на территории Австралии. Там они занимают более 22% от общего количества. В Китае находится примерно 17%.

В нашей стране месторождения цинка достигают 62 млн.т., или чуть больше 3% мирового запаса. Примерно 80% цинковых месторождений расположены под землей, 8% находятся на поверхности, и еще 12% являются комбинированными. Но, по объемам производства:

• в карьерах добывают 15%
• в подземных шахтах 64%
• комбинированные запасы дают 21%.

Химические свойства цинка:

Производств цинка

Добыча металла

Цинк как самородный металл в природе не встречается. Добывается из полиметаллических руд, содержащих 1–4% металла в виде сульфида, а также меди, свинца, золота, серебра, висмута и кадмия. Руды обогащаются селективной флотацией и получаются цинковые концентраты (50–60% Zn).

Концентраты цинка обжигают в печах. Сульфид цинка переводится в оксид ZnO. При этом выделяется сернистый газ SO2, который используется в производстве серной кислоты.

Получение металла

Существуют два способа получения чистого цинка из оксида ZnO.

Самый древний метод — дистилляционный. Обожженный концентрированный состав подвергают термообработке, чтобы придать ему зернистость и газопроницаемость.

Затем концентрат восстанавливают коксом или углем при температуре 1200–1300 °C. В процессе образуются пары металла, которые конденсируют и разливают в изложницы. Жидкий металл отстаивают от железа и свинца при температуре 500 °C. Так достигается цинк чистотой 98,7%.

Иногда используется сложная и дорогая обработка цинка ректификацией — разделением смесей за счет обмена теплом между паром и жидкостью. Такая чистка позволяет получить металл чистотой 99,995% и извлечь кадмий.

Второй метод производства цинка — электролитический. Обожженный концентрат обрабатывается серной кислотой. Готовый сульфатный раствор очищается от примесей, после чего подвергается электролизу в свинцовых ваннах. Цинк дает осадок на алюминиевых катодах. Полученный металл удаляют с ванн и плавят в индукционных печах. После этого получается электролитный цинк чистотой 99,95%.

Литье металла

Горячий цинк — жидкий и текучий металл. Благодаря таким свойствам он легко заполняется в литейные формы.

Примеси влияют на величину натяжения поверхности цинка. Технологические свойства металла можно улучшить, добавив небольшое количество лития, магния, олова, кальция, свинца или висмута.

Чем выше температура перегрева цинка, тем лучше он заполняет формы. При литье металла в чугунные изложницы его объем уменьшается на 1,6%. Это затрудняет получение крупных и длинных цинковых отливок.

Физические свойства цинка:

Цинк — химический элемент. Области применения

1. Цинк активно используется при добыче и извлечении благородных металлов (золото, серебро) из обогащенных пород. Так, например, если добыча драгоценных металлов производится методом подземного выщелачивания, то металлический цинк используется в качестве восстановителя.
2. В машиностроении используются различные способы цинкового покрытия для защиты металлического изделия от коррозионного разрушения.
3. При производстве аккумуляторов и батареек цинк используют в качестве материала для отрицательно заряженного электрода. Самой высокой удельной энергоемкостью обладают цинк-воздушные аккумуляторные батареи.
4. В полиграфии применяются пластины для печати, выполненные из цинка.
5. Производство краски – цинковые белила (окись цинка).
6. Цинковые соединения используют в производстве по изготовлению п/проводников.
7. Для изготовления люминесцирующего состава используются сульфид цинка.
8. В приборостроении цинк специально вводят в некоторые виды твердых припоев для того, чтобы снизить температуру плавления.
9. Производство фибры – во флюс для пайки металлов и различных компонентов вводят хлорид цинка.
10. Широка область применения сплава цинка с медью – латуни. Чаще всего данный сплав используют в машиностроении при производстве особо ответственных деталей (точное литье).
11. Цинковые соединения применяют при изготовлении автомобильных резиновых шин.
12. В оптике цинк используется при изготовлении специальных оптических стекол, которые имеют низкий коэффициент поглощения (в среднем инфракрасном спектральном диапазоне).
13. Медицина. Цинк. Для производства антисептиков и противовоспалительных препаратов используют окись цинка.
14. В отраве для грызунов также используются цинковые соединения (фосфид цинка).

Кристаллическая решётка цинка:

История

В древнем мире знали латунь (медно-цинковый сплав). Получить цинк как металл удалось к XVIII веку англичанину Вильяму Чемпиону. Он же основал первый завод. Позже его соотечественники разработали способ прокатки металла.

Однако первооткрывателем в историю вошел немец Андреас Маргграф. Он отработал схожий метод, детально прописав технологию.

В России пробную партию цинка получили к 1905 году.

Через десять лет в Северной Америке цинк добыли электролитическим способом.

Термины zincum, zinken первым применил химик и лекарь Средневековья Парацельс. Оно созвучно немецкому слову «зубец». Так выглядят фрагменты металлического цинка.

Предостережение

Неконтролируемое поступление металла в организм вызывает отравление. Его порождают сульфаты или хлориды. Они могут образоваться при хранении пищи в оцинкованной посуде.

Симптомы отравления парами цинка:

• Сильная жажда.
• Сладковатый привкус во рту.
• Утрата либо снижение аппетита.
• Сухой кашель.

Человек чувствует себя разбитым, усталым. Ощущает сонливость, боль в груди.

Для тяжелой формы отравления достаточно 1 грамма сульфата цинка.

Выводить токсины нужно немедленно. Их присутствие провоцирует малокровие, торможение роста, бесплодие.

Варианты использования цинка в промышленности

4 основных способов применения этого металла в промышленности:

• Изготовление красок. Вещество применяется при создании масляных видов красок.
• Машиностроение. Без цинка нельзя создать многие виды резины.
• Фармацевтика. Некоторые препараты и витамины используют небольшие доли цинка – он полезен для здоровья человека.
• Коррозийная защита. Применение холодного и горячего цинкования не позволяет металлу контактировать с окружающей средой, сильной влажностью и другими угрозами. Это не позволяет возникать коррозии и увеличивает продолжительность использование.

Заказчиками цинка становятся производители разных типов АКБ, компании, занимающиеся восстановлением благородных металлов и полиграфии.
Вернуться к статьям Поделиться статьей

Гидрометаллургические способы получения цинка

В настоящее время большое внимание уделяется более полному использованию составляющих цинксодержащего сырья, внедрению безотвальной технологии, получению цинка высших марок. Для решения указанных задач в производстве цинка используют гидрометаллургический метод переработки цинковых концентратов по технологической схеме.

В основе гидрометаллургического метода заложено выщелачивание оксида цинка разбавленной серной кислотой из предварительно обожженного концентрата (огарка):

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

Цинк из раствора выделяют путем электролитического восстановления на катоде. На аноде в это время регенерируется серная кислота, что позволяет использовать отработанный электролит в качестве растворителя при выщелачивании огарка.

Так как в раствор при выщелачивании переходят многие сопутствующие элементы-примеси (медь, кадмий, никель, кобальт и другие), то перед электролизом раствор подвергают тщательной очистке. Чем чище поступает раствор на электролиз, тем более высокого качества получают товарный цинк.

При электролизе происходит следующая реакция:

ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + 0,5O2

Несмотря на многостадийность, гидрометаллургический способ обладает многими достоинствами: высокая комплексность использования сырья, получение цинка высших марок, не требующего рафинирования, высокое общее извлечение цинка и других ценных компонентов в соответствующую продукцию, исключение или значительное уменьшение расхода кокса. Этим способом в мировой практике перерабатывается в настоящее время до 85 % цинксодержащего сырья.