СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ

Цинк (лат. Zincum, Zn) - хрупкий металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка ZnO). При комнатной температуре цинк хрупок, при 100-150 °С становится пластичным и прокатывается в тонкие листы и проволоку, при 200-250 °С становится очень хрупок и может быть истолчен в порошок, t_плавл.= 419⁰С.

Чистый 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, т.е. в батарейках и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор, ртутно-цинковый элемент, диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент, хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор, свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др. Очень важна роль цинка в цинквоздушных аккумуляторах, которые отличаются весьма высокой удельной энергоемкостью. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор - 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух - 220-300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Цинк вводится в состав многих твердых 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 - важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ZАМ, 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: автомобильные ручки, 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.

Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров временного действия и разного рода люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания. Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка - широко применяемые полупроводники.

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

На разное применение цинка приходится:

- цинкование - 45-60 %;

- медицина (оксид цинка как антисептик) - 10 %;

- производство сплавов - 10 %;

- производство резиновых шин - 10 %;

- масляные краски - 10 %.

ПОЛУЧЕНИЕ ЦИНКА

Цинк в природе как самородный металл не встречается. Наиболее распространенный минерал цинка - сфалерит. Основной компонент минерала - сульфид цинка ZnS.

Цинк добывают двумя способами: 1) пирометаллургическим; 2) гидрометаллургическим.

По пирометаллургическому (дистилляционному) способу обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200-1300 °С: ZnO + С = Zn + CO. Производительность этого метода низкая, цинк содержит до 3 % примесей, в том числе ценный кадмий.

Гидрометаллургический способ - основной способ получения цинка (рис. 5.13).

Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50-60 % Zn). 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 составляет 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 In, Ga, Ge, Tl.

Рис. 5.13. Схема получения цинка гидрометаллургическим способом

Мировые запасы свинцово-цинковых руд рассредоточены в большом количестве стран. На сегодняшний день, по данным USGS, запасы цинка на земле составляют около 248 млн тонн. Крупные запасы находятся в Австралии – 21,4 % и Китае - 16,9 %. Достаточно заметные запасы в Перу – 9,3 %, Казахстане – 6,5 %, Мексике – 6,0 %, США – 4,8 %, Индии – 4,4 %. Прогнозные ресурсы цинка России составляют около 3,2 % мировых ресурсов (не менее 63,2 млн т металла).

Мировая добыча цинка в 2010 г. увеличилась, по данным USGS, на 13,2 % - до 12,8 млн. тонн. Некоторые страны увеличили добычу цинка. Среди всех выделяется Китай, увеличивший добычу цинка на 12,9 % - до 3,5 млн т, Австралия, увеличившая добычу на 12,4 % - до 1,45 млн т - и Мексика, увеличившая добычу на 41 % - до 550 тыс. тонн. Уменьшили добычу цинка США - на 2,2 %, Канада - на 4,1 % и Ирландия - на 9 %. Отметим, что Россия не занимает первые места среди стран-продуцентов цинка. Однако в 2010 г. объемы добычи цинка в России увеличились на 16,5 %.

Крупнейшими компаниями по производству цинка в мире в 2010 г. были «XSTRATA PLC» с долей в производстве 6,1 %, «NYRSTAR» (совместное предприятие «ZINIFEX» и «UMICORE»), занимающее 8,2 % в мировом производстве, «VOLCAN» с долей в производстве 6 % и «HINDUSTAN ZINC LTD» с долей в производстве 5,3 %.

Россия в мировом производстве цинка выглядит следующим образом: доля ОАО «ЧЦЗ» в 2010 г. составила около 1,3 %, ОАО «Электроцинк» - менее 1 %.

Основными экспортерами рафинированного цинка в 2010 г. были Канада - 12 %, Нидерланды - 9 %, Испания - 8 %, Австралия - 6 %, Корея - 6 % и другие страны. Россия также экспортирует цинк рафинированный, но не занимает первые места среди других стран с долей в 2010 г. в объемах экспорта 2 %.