Как отличить цинк от других металлов

Как определить цинк в домашних условиях

Чистый свинец (Pb) — серебристый металл, тяжёлый и легкоплавкий, имеющий синеватый отблеск. Свинец — относится к легкоплавким металлам. Температура плавления свинца невысока и составляет всего 327 °С (плавится в домашних условиях на газовой плите).

Свинец обладает удивительной мягкостью — именно в чистом виде этот металл можно без особых усилий резать ножом. На воздухе свинец тускнеет, покрываясь тонкой плёнкой оксида свинца PbО или основного карбоната свинца Pb3(ОН)2(СО3)2.

При комнатной температуре свинец инертен по отношению к соляной и серной кислотам, так как покрывается защитной плёнкой из нерастворимой соли, зато легко вступает в реакцию с азотной, а на воздухе — даже со слабой уксусной кислотой: 2Pb+4СН3СООН+О2=2Pb(СН3СОО)2+2Н2О. Образующийся в результате этой реакции ацетат свинца называют свинцовым сахаром за его сладкий вкус.

Однако убеждаться в этом самому не следует: все соединения свинца, в особенности растворимые в воде, крайне ядовиты. Сильное отравление наступает уже при попадании в организм 0,3 г соединений свинца.

Цинк (Zn) — серебристый металл белого цвета (tпл=420 °С, tкип=906 °С), хрупкий при комнатной температуре. При хранении на воздухе он приобретает лёгкий голубоватый оттенок, покрываясь тонкой плёнкой оксида цинка ZnO или основного карбоната 2ZnCO3•Zn(OH)2, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Цинком покрывают кровельное железо.

Обратите внимание на проржавевшую решётку, которая не была оцинкована. Даже если цинковое покрытие будет повреждено, железо всё равно не начнёт ржаветь до тех пор, пока не прокорродирует всё цинковое покрытие. Основная масса цинка идёт на покрытие железа для защиты его от ржавчины.

Из оцинкованного железа изготовляют кровельные листы, водосточные трубы, вёдра и многие другие изделия.

Оксид цинка ZnO (tпл=1975 °С) используется как наполнитель для придания прозрачной пластмассе белого цвета, а в смеси с олифой — в качестве белой краски (цинковые белила). Белый порошок сульфида цинка ZnS, в котором часть атомов Zn замещена на Cd, a S на Se, под действием потока электронов излучает видимый свет — тонкий слой этого вещества наносят на экраны телевизоров, рентгеновские трубки.

Цинк активнее железа, поэтому при контакте отдаёт ему некоторое количество электронов, и поверхность железа заряжается отрицательно. Электроны, которые переходят на кислород с поверхности железа, первоначально принадлежали цинку. Так цинк, разрушаясь сам, защищает железо. Сравнить другие металлы по способности восстанавливать и восстанавливаться можно ознакомившись с рядом напряжений металлов.

Химическая реакция, основанная на способности цинка вытеснять ртуть из её соединений, основано действие ртутно-цинкового гальванического элемента. В нём протекает следующий процесс:

Zn+HgO=Hg+ZnO. Ртутно-цинковые элементы не имеют равных по надёжности, стабильности напряжения и количеству «запасённого» электричества в единице массы. Они идеальны для использования в полевых условиях. Однако ртуть составляет больше половины их массы. После того как батарейки выработают свой ресурс, возникает проблема их утилизации.

Если просто выбрасывать такие элементы на свалку, воздух в её окрестностях будет отравлен. Поэтому в мире ширится кампания против использования ртутно-цинковых элементов. В частности, в открытую продажу они уже давно не поступают.

А на батарейках, которые продаются в магазинах, можно прочесть: «Mercury 0%» или «Mercury free», что означает «ртути нет».

Латуни — медно-цинковые сплавы (содержат от 4 до 50% Zn) — гораздо прочнее и дешевле меди, более устойчивы к окислению.

Сплавы на основе цинка обладают хорошими литейными качествами. Из них, например, легко отлить гайку с уже готовой резьбой. (Для стали такая возможность пока остаётся несбыточной мечтой.) Поэтому такие сплавы активно используют для отливки изделий с очень тонким рельефом поверхности, например типографских шрифтов.

Цинкование и меднение без гальванической ванны.

Защита от коррозии и восстановление размеров

Покрытие стальных деталей цинком — простой, доступный и эффективный способ предохранения их от ржавчины. Можно, нарастив толстый слой этого металла, восстановить размеры изношенной детали. То, что хочу предложить, настолько просто, что этим методом сможет воспользоваться каждый, даже с «двойкой» по химии.

Купите в автомагазине немного готового электролита для кислотных аккумуляторов. Соберите у друзей старые батарейки. Цинк, который нам понадобится, лучше взять из дешевых батареек старого типа. Крепким ножом надрежьте цинк и осторожно снимите его, как кожуру с апельсина, хорошенько промойте водой.

Налейте в стеклянную банку полстакана электролита и засыпьте в него «кожуру». Тут же начнется реакция, в результате которой образуется раствор сульфата цинка (он-то нам и нужен), а также водород. Газ этот легко воспламеняется, а его смесь с воздухом (так называемый гремучий газ) может взорваться. Так что от греха подальше выставьте банку на улицу и гоните от нее курильщиков! (Если лень возиться с кислотой, попробуйте найти сульфат цинка в магазинах химреактивов.)

Деталь, на которую собираетесь нанести покрытие, очистите от грязи и ржавчины и тщательно обезжирьте. Если собираетесь получить блестящее декоративное покрытие, отшлифуйте и отполируйте наружные поверхности предмета облагораживания, а не приведете его в порядок — наносимый металл в точности повторит неказистый рельеф. Не удается снять всю ржавчину?

Некоторое время подержите деталь в аккумуляторном электролите, соляной кислоте или в уксусе. Но ни в коем случае не в преобразователе ржавчины или, как могут посоветовать «знатоки», чистой ортофосфорной кислоте! К образовавшейся пленке из фосфатов цинк никогда в жизни не пристанет.

Раствор сульфата цинка налейте в кислотостойкий сосуд. Лучше стеклянный, но подойдет и корыто, вырезанное из полиэтиленовой канистры.

В качестве источника питания лучше всего использовать зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов, в котором есть регулятор тока и амперметр: по ним удобно контролировать силу тока. Подключите к его отрицательному выводу провод и соедините его с деталью — это будет катод. Для изготовления анода выберите кусочек цинка побольше и соедините его проводом с плюсовой клеммой зарядного устройства.

Большие детали можно защитить от коррозии так. Сделайте анод: обмотайте пластину цинка ватой или марлей, смоченной в полученном нами растворе, и подключите его к «плюсу» зарядного устройства, «минус» — к детали. Если участок невелик и работать будете недолго, можно воспользоваться аккумулятором.

При оптимальной величине тока получается покрытие серого цвета. Получилась рыхлая черная поверхность — убавьте ток, светлая — увеличьте. Обычно хватает тока силой 0,5-1 А. Готовую деталь хорошо промойте водой, а если изготовили раствор сульфата цинка с помощью серной кислоты, предварительно ополосните раствором питьевой соды.

При желании покрытие можно отполировать.

Точно так же восстанавливаются размеры изношенной детали. Например, разболталось отверстие в картере под подшипник. Само отверстие, конечно же, покрыть цинком не удастся — алюминий вообще не так-то просто чем-либо покрыть. Зато можно оцинковать наружную обойму подшипника.

Весь этот «бутерброд» стяните болтом и подведите к подшипнику «минус».

Таким же образом можно покрывать детали медью. Как декоративное или антикоррозионное это покрытие использовать, конечно же, нельзя, но для наращивания размера — несомненно. Во-первых, не понадобится возиться с кислотой.

Медный купорос (он же сульфат меди, из которого приготавливается раствор) продается в хозяйственных магазинах. А во-вторых, не понадобится никаких поисков и расковыривания батареек для анода. Используйте медную пластину или пучок медных проводов.

Растворите максимальное количество медного купороса в воде. Силу тока подбирайте так же, как и при цинковании.

Как видите, ничего сложного. Лично мне это занятие так понравилось, что я покрыл цинком все, что может поржаветь: гайки, болты, шайбы, инструмент, некоторые детали мотоцикла.

Цинкование в домашних условиях

Гальваническое цинкование (оцинковывание) представляет собой процесс осаждения катионов металла на аноде. Реакция проходит в электролитической ванне под воздействием электрического тока.

Электролитом может служить любой раствор соли цинка. Самый распространенный в быту является раствор ZnCl (хлорид цинка) и HCl (соляная кислота), который называется паяльной кислотой. Так же можно получить раствор ZnSO4 при помощи травления цинка в растворе H2SO4 (серная кислота — аккумуляторный электролит). При травлении цинка стоит быть предельно осторожным, поскольку реакция проходит с выделением теплоты и взрывоопасного водорода H2.

Где взять цинк? Вариантов есть несколько:

— солевые батарейки (это самые дешевые. индекс L);

— плавкие предохранители из СССР;

— детали с цинковым покрытием;

— покупка чистого цинка в магазинах хим. реактивов и на радио базарах.

Подготовка к цинкованию (оцинковыванию).

1. Прежде всего нужно подготовить саму гальваническую ванну. В качестве ванны можно использовать стеклянную либо пластиковую тару. Необходимо установить штативы для катода и анода.
2. Электролит не должен содержать нерастворенных кристаллов соли. Для уменьшения концентрации соли можно добавлять в раствор дистиллированную воду, до полного исчезновения отдельных кристаллов на дне ванны.
3. Анод. Анодом служит цинковая пластина на которую присоединяется «плюс» от источника питания. Чем больше площадь цинкового анода, тем более равномерное покрытие будет у вас на катоде. Использование нескольких цинковых анодов позволяет получать покрытие сразу на всей поверхности катода.
4. Катод (присоединяем «минус») — деталь на которой будет осаждаться цинк. Поверхность катода должна быть качественно очищена от окислов (ржавчины), обезжирена и «активирована». Для активации поверхности катода, вам нужно окунуть его в раствор кислоты. В ванной катод должен размещаться на одинаковом расстоянии от любого анода для получения однородного слоя цинка со всех сторон.
5. Источником питания может служить любой блок питания с постоянным напряжение на выходе либо аккумулятор. Чем сильнее сила тока и вольтаж — тем быстрее будет проходить процесс и тем более рыхлая поверхность получится у Вас в результате. Для бытовых условий можно использовать автомобильный аккумулятор, НО в схему нужно будет включить лампочку накаливания (от 10 до 20 Ватт) для снижения силы тока.

После всех предварительных процедур Вам остается только включить блок питания в розетку (или закрепить клеммы на аккумуляторе) и окунуть катод в гальваническую ванну.

Процесс должен протекать без бурного кипения, если таковое наблюдается — это значит у Вас сильно большая сила тока и ее следует уменьшить путем добавления потребителей в электрическую цепь.

На поверхности катода появляется цинковое покрытие, чем дольше катод будет находится в ванне, тем толще слой вы получите в итоге.

ВНИМАНИЕ.Процесс гальванического цинкования (оцинковывания) проходит при использовании растворов кислот и источников электрического тока. Во избежание травм рекомендуем соблюдать правила техники безопасности при работе с кислотами и правила электробезопасности при работе с бытовыми электроприборами.

Источник: http://elfterra.ru/lajfhaki/kak-opredelit-tsink-v-domashnih-usloviyah/

Цинковые сплавы: описание, структура и свойства

Металлы и сплавы так тесно вошли в нашу жизнь, что порой мы даже не задумываемся о них. Еще в 4-3 тысячелетиях до нашей эры произошло первое знакомство человека с самородками. С тех пор прошло много времени, и с каждым годом обработка металла только совершенствовалась.

Большую роль в этом сыграл такой металл, как цинк. Сплавы на его основе используются во многих отраслях. В данной статье мы рассмотрим цинковые сплавы и их роль в нашей жизни.

Переходный металл

Известно, что цинк – это голубовато-белый хрупкий переходный металл. Его добывают из полуметаллических руд. Процесс получения чистого цинка достаточно сложный и трудоемкий. В первую очередь руду, содержащую от 1-4% цинка, обогащают селективной флотацией. Благодаря этому процессу получают концентраты (55% Zn). Далее необходимо получить оксид цинка. Для этого в печах в кипящем слое обжигают полученные концентраты. Только из оксида цинка можно получить этот металл в чистом виде, и для этого существует два способа.

Первый – электролитический, основывается на обработке оксида цинка серной кислотой. В результате этой реакции образовывается сульфатный раствор, который очищают от примесей и подвергают электролизу. На алюминиевых катодах осаживается цинк, который затем плавят в индукционных печах. Чистота цинка, полученного таким образом, составляет около 99,95%.

Второй способ, наиболее давний – дистилляционный. Концентраты нагревают до очень высокой температуры (около 1000°С), выделяются пары цинка, которые путем конденсации оседают на глиняных сосудах. Но этот способ не дает такой чистоты, как первый. В полученных парах содержится около 3% различных примесей, включая такой ценный элемент, как кадмий.

Поэтому дальше Zn очищают ликвацией. При температуре 500°С его отстаивают некоторое время и получают чистоту 98%. Для дальнейшего изготовления сплавов этого достаточно, ведь потом цинк все равно легируют этими же элементами. Если этого недостаточно, применяют ректификацию и получают цинк с чистотой 99,995%.

Таким образом, оба способа позволяют получить высокочистый цинк.

Как правило, свинец присутствует в составе цинковых сплавов в качестве примеси. В природе эта неразлучная пара металлов встречается достаточно часто. Но на самом деле, большое содержание свинца в цинковом сплаве ухудшает его физические свойства, создавая склонность к межкристаллитной коррозии, если его содержание превышает 0,007%. Чаще всего свинец и цинк встречаются вместе в оловянных бронзах и латуни.

Если говорить об эвтектике этих двух элементов, то важно заметить, что до температуры 800°С они не смешиваются между собой и представляют две разные жидкости. При быстром охлаждении происходит равномерное распределение Pb в виде округлых включений по границам зерен. Сплав цинк-свинец используется для изготовления типографского клише благодаря тому, что он очень быстро растворяется в кислоте. Чаще всего примеси свинца удаляют из цинка при помощи дистилляционного способа.

Сплав меди с цинком

Латунь – это сплав, известный еще до нашей эры. В те времена цинк еще не был открыт, но руда использовалась достаточно широко. Раньше получали латунь, сплавляя смитсонит (цинковую руду) и медь. Только в XVIII веке впервые изготовили этот сплав с использованием металлического цинка.

В наше время существует несколько разновидностей латуни: однофазные и двухфазные. Первые содержат в себе около 35% цинка, а вторые – 50% и 4% свинца. Однофазные латуни очень пластичны, в то время как вторая разновидность характеризуется хрупкостью и твердостью.

Рассмотрев диаграмму состояния этих двух элементов, можно сделать вывод, что они образуют ряд фаз электронного вида: β, γ, ε. Интересная разновидность латуни – это томпак. Он содержит всего до 10% цинка и за счет этого отличается очень высокой пластичностью. Томпак с успехом применяется для плакирования стали и получения биметаллов.

Раньше его использовали для изготовления монет и имитации золота.

Цинк и сталь

Практически в каждом доме можно встретить оцинкованные вещи: ведра, кастрюли, выварки и пр. Все они надежно защищены от ржавчины именно благодаря цинку. Образно выражаясь, конечно, на сталь наносится напыление этого металла, и по логике вещей речь не идет о сплаве. С другой стороны, зная, как происходит оцинкование, можно утверждать обратное. Дело в том, что цинк плавится при очень низкой температуре (около 400°С), а когда он в жидком состоянии попадает на поверхность стали, то диффундирует в неё.

Атомы обоих веществ очень крепко связываются между собой, образуя железоцинковый сплав. По этой причине можно смело сказать, что Zn не «уложен» на изделие, а «внедрен» в него. Это можно наблюдать в обычной бытовой ситуации. К примеру, на оцинкованном ведре появляется царапина. Начинает ли оно в этом месте ржаветь? Ответ однозначный – нет.

Конечно, для этих целей можно использовать и другие вещества, такие как хром или никель, но стоимость этих изделий будет в разы больше.

Олово и цинк

Данный сплав не менее популярен, чем другие, уже рассмотренные нами ранее. В 1917-1918-х годах в Болгарии он широко использовался для изготовления специальных сосудов, которые держали теплую жидкость долгое время (аналоги современных термосов). В наше время сплав цинк-олово очень широко используется в радио- и электропромышленности. Это связано с тем, что состав с содержанием Zn 20% очень хорошо паяется, и полировка осадка сохраняется продолжительное время.

Конечно же, как антикоррозионное покрытие данный сплав также может быть использован. По своим характеристикам он очень похож на кадмиевое покрытие, но при этом менее дорогостоящий.

Свойства цинковых сплавов

Конечно же, все составы с этим металлом отличаются между собой его процентным содержанием. В целом цинковые сплавы имеют хорошие литейные и механические свойства. Первое и самое главное – коррозионная стойкость. Больше всего она проявляется в атмосфере сухого чистого воздуха. Возможные проявления коррозии можно заметить в промышленных городах.

Это обуславливается наличием в воздухе паров соляной кислоты, хлора и оксидов серы, которые, конденсируясь влагой, затрудняют образование защитной пленки. Медь-олово-цинк – сплав, который характеризуется высокими защитными свойствами. Именно такой состав наименее подвержен коррозии, особенно в условиях промышленной атмосферы.

Если говорить о литейных свойствах цинка, то, конечно же, они зависят от легирующих элементов в его сплавах.

Так, например, алюминий делает их структуру однородной, мелкозернистой, облагораживает её, уменьшает отрицательное влияние железа. Еще один важный легирующий элемент – медь. Он увеличивает прочностные характеристики и уменьшает межкристаллическую коррозию. Медно-цинковый сплав обладает высокой ударной вязкостью, но при этом частично теряет свои литейные свойства.

Области применения цинка и его сплавов

На самом деле, детали из цинковых сплавов достаточно распространены и в наше время. Несмотря на то что пластик вытесняет металлические изделия, в некоторых случаях без них не обойтись. Например, автомобилестроение – отрасль, в которой не обойтись без цинковых сплавов. Фильтры, отстойники, корпуса карбюраторов и бензонасосов, надколесные кожухи, глушители – всё это и многое другое изготавливается при помощи соединений этого химического элемента.

Благодаря тому что цинковые сплавы имеют хорошие литейные свойства, из них отливают сложные детали различных форм с минимальной толщиной стенок. Строительство – еще одна область, в которой не обойтись без этих сплавов. Цинковый прокат используют для кровельных покрытий, изготовления труб и сточных желобов. Несмотря на то что существует тенденция снижения производства цинковых сплавов, отказаться от их изготовления не представляется возможным из-за относительной дешевизны и механических свойств материала.

Источник: http://fb.ru/article/342309/tsinkovyie-splavyi-opisanie-struktura-i-svoystva

Цинк в строительстве: особенности металла, его плюсы и минусы

Цинк давно зарекомендовал себя как важный химический элемент. Еще до нашей эры люди знали о нем многое и широко применяли в различных сферах. Свойства этого материала позволяют использовать цинк во многих отраслях и в быту. Материал с успехом применяют в химической промышленности, в машиностроении и в строительстве. Поэтому сегодня мы рассмотрим полезные свойства и характеристика металла цинка и сплавов на его основе, цену за кг, особенности использования, а также изготовления материала.

Для начала вашему вниманию предлагается общая характеристика цинка. Этот продукт является не только необходимым производственным металлом, но и важным биологическим элементом. В любом живом организме он присутствует до 4 % от всех элементов.Самые богатые месторождения цинка это Боливия, Иран, Казахстан и Австралия. В нашей стране одним из крупных производителей считается предприятие ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Если рассматривать цинк со стороны периодической системе Менделеева, то он относится к переходным металлам и имеет следующие характеристики:

• Номер по порядку: 30
• Масса: 65,37.
• Степень окисления — +2.
• Цвет: синевато-белый.

Цинк – это радиоактивный изотоп, для которого характерен период полураспада 244 дня.

Если рассматривать цинк со стороны простого вещества, то этот материал имеет следующие характеристики:

• Вид материала – металл.
• Цвет – серебристо-голубой.
• Покрытие – защищен оксидной пленкой, под которой скрывается блеск и сияние.

Цинк содержится в коре земли. Доля металла в ней не очень большая: всего 0,0076%.

Как единичного материала цинка не существует. Он входит в состав многих руд и минералов.

• Наиболее распространенными являются: цинковая обманка, клейофан, марматит. Кроме этого, цинк можно встретить в следующих природных материалах: вюртцит, франкленит, цинкит, смитсонит, каламин, виллемит.
• Спутниками цинка обычно являются: германий, кадмий, таллий, галлий, индий, кадмий.
• Наиболее популярными являются сплавы цинка и алюминия, меди, олова, никеля.

О роли цинка в нашей жизни расскажут специалист в этом видео:

С цинком могут конкурировать только 4 металла: титан, алюминий, хром и медь. Описанные материалы имеют следующие характеристики:

1. Алюминий: серебристо-белый цвет, хорошо проводит электричество и тепло, поддается обработке давлением, устойчив к коррозии, имеет низкую плотность, применяется в процессе производства стали (для повышения жаростойкости).
2. Титан: серебристо-белый цвет, большая температура плавления, при соприкосновении с воздухом окисляется, низкая теплопроводность, легко поддается ковке и штамповке, при высокой температуре на поверхности образуется прочная защитная пленка.
3. Хром: синевато-блестящий цвет, высокая твердость, хрупкость, стойкость к окислению в условиях атмосферы и воды, используется для декоративного покрытия.
4. Медь: красный металл, имеет высокую пластичность, хорошую электропроводность, высокую теплопроводность, стойкость к коррозионным процессам, применяется в кровельных материалах.

Для строительных целей наиболее часто (кроме цинка) применяют и другие цветные металлы. К ним относятся: бронза, латунь, силумин, баббит, дюралюминий и несколько других.

Цинк отличается от прочих металлов тем, что легко поддается деформации при температуре от 100 ºС до 150 ºС. В таком температурном диапазоне цинк так же поддается ковке и прокату в тонкие листы.

Плюсы и минусы

Плюсы:

• Хорошая жидкотекучесть, благодаря чему легко заполняются литейные формы.
• Высокая пластичность во время проката.
• Чистый цинк хорошо поддается ковке.
• Благодаря своим свойствам и воздействию температуры способен принимать различные состояния.
• Отлично защищает изделие от коррозии, благодаря чему охотно пользуется спросом в строительстве и машиностроении.

Минусы:

• При нагреве вместе с фосфором или серой может взорваться.
• На воздухе теряет блеск.
• При комнатной температуре имеет маленькую пластичность.
• Не находится в природе в чистом виде.

Масса, механические, химические и физические свойства цинка, его основные характеристики будут рассмотрены нами ниже.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

Физические свойства:

• Является металлом средней твердости.
• Цинк не имеет полиморфных модификаций.
• Холодный цинк становится хрупким металлом.
• Приобретает пластичность при температуре 100-100 ºС.
• При более высокой температуре в 250 ºС снова превращается в хрупкий металл.
• Температура плавления твердого цинка равна 419,5 ºС.
• Температура перехода в пар – 913ºС.
• Температура кипения равна 906 ºС.
• Плотность цинка в твердом состоянии равна 7,133 г/см3, в жидком — 6, 66 г/см3.
• Относительное удлинение 40-50%.
• Легко растворим в кислотах.
• Легко растворим в щелочах.

О том, как правильно плавить цинк, смотрите в видеоролике:

Химические свойства цинка:

• 3d104s2 — конфигурация атома.
• Цинк считается активным металлом.
• Является энергетическим восстановителем.
• Электродный потенциал: -0,76 В.
• При температуре ниже 100 ºС теряет блеск и имеет покрытие пленкой.
• Во влажном воздухе (особенно если в нем есть углекислый газ) металл разрушается.
• Во время сильного нагрева цинк сильно сгорает с образованием голубоватого пламя.
• Степень окисления: .
• Кислоты и щелочи действуют на цинк различно в зависимости от присутствия в металле различных примесей.
• При нагревании цинка в воде происходит процесс гидролизации с образованием белого осадка.
• Минеральные кислоты большой силы способны легко растворить цинк.

Структура и состав

Формула цинка следующая: Zn. Конфигурация внешнего слоя атома — 4s2. Цинк имеет химическую связь металлическую, кристаллическую решетку – гексагональную, плотную.

Цинк в природе состоит их трех стабильных изотопов (перечислим их: 64Zn (48,6%), 66Zn (26,9%) и 67Zn (4,1%)) и нескольких радиоактивных. Самый важный из радиоактивных имеет полураспад равный 244 суткам.

Производство

Как говорилось, цинк не содержится в природе в чистом виде. Его в основном получают из полимерных руд. В этих рудах цинк присутствует в форме сульфида. С ним всегда идут сопутствующие металлы, перечисленные выше.

С помощью процесса обогащения селективной флотацией получают концентрат цинка. Параллельно этому процессу из полиметаллических руд выходят другие концентраты веществ. Например, свинцовые и медные.

Полученные цинковые концентраты обжигают в печи. В результате действия высоких температур цинк переходит из сульфидного состояния в оксидное. В процессе производства выделяется сернистый газ, который идет на производство серной кислоты. Чистый цинк получают из оксида цинка двумя способами: пирометаллургическим и электролитическим.

• Пирометаллургический способ имеет очень давнюю историю. Концентрат обжигают и подвергают процессу спекания. Затем цинк восстанавливают с применение угля или кокса. Цинк, полученный этим способом, доводят до чистого состояния с помощью отстаивания.
• При электролитическом способе концентрат цинка обрабатывают с помощью серной кислоты. В результате получается раствор, который подвергают процессу электролиза. Здесь цинк осаждается и его подвергают плавлению в специальных печах.

Цинк, как элемент, содержится в достаточном количестве в земной коре и в водных ресурсах.

Цинк применяется в следующих отраслях:

• При производстве масляных красок.
• При изготовлении резиновых шин.
• В медицине.
• Способен восстанавливать благородные металлы.
• Применяется в качестве защитного средства от коррозии.
• Используется в полиграфической промышленности.
• Применяется при изготовлении аккумуляторов.

Половина всего производства цинка идет на выполнение функции «защита от коррозии». Благодаря свои свойством из цинка с успехом отливают ответственные детали (например, для самолетов). Цинк широко применяется совместно с медью и свинцом.

Цинк так же использует в виде порошка для осуществления ряда химико-технологических процессов.

О том, как снять цинк, вам поведает данное видео:

Источник: http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/tsvetnyie/tsink/osobennosti-ego-plyusyi-i-minusyi.html

Всё о цинке: температура плавления металла и другие характеристики, смеси и сплавы

Цинк или Zincum является 30 элементом периодической системы химических элементов Менделеева и обозначается символом Zn . В основном он используется при создании деформированных полуфабрикатов и в составе разного рода смесей. В чистом виде выглядит как хрупкий металл голубовато-серебристого цвета, быстро окисляется и покрывается защитной пленкой (оксидом), из-за которой заметно тускнеет.

Добывают его в Казахстане, Австралии, Иране и Боливии. Из-за сложностей в определении металла его часто называют «обманкой».

Историческая справка

Само название «цинк» впервые было упомянуто в книге « Liber Mineralium » Парацельса. По некоторым данным оно означало «зубец». Сплав цинка с медью или латунь известен давно. Его применяли в Древней Греции, Индии и Древнем Египте, позднее материал стал известен в Китае.

В чистом виде металл удалось получить лишь в первой половине XVIII века в 1738 году в Великобритании при помощи дистилляционного способа. Его открывателем стал Уильям Чемпион.

Промышленное производство началось через 5 лет, а в 1746 году в Германии химик Андреас Сигизмунд Маргграф разработал и в деталях описал собственный способ получения цинка. Он предлагал использовать метод прокаливания смеси окиси металл с углем в огнеупорных ретортах из глины без доступа воздуха.

В начале XIX века был найден способ выделения металла путем прокатки при 100 C о-150 C о. В начале следующего века научились добывать цинк электролитическим способом. В России первый металл получили только в 1905 году.

Физические свойства

• Атомный номер: 30.
• Атомная масса: 65,37.
• Атомный объем: 9,15
• Плотность: 7,133 г/см3.
• Температура, необходимая для плавления: 419,5 C о.
• Температура кипения: 906 C о.
• Поверхностная энергия: 105 мДж/м2.
• Удельная электропроводность: 16,2*10-6 См/м.
• Молярная теплоемкость: 25,4 Дж/(К*моль).
• Молярный объем: 9,2 см3/моль.

Цинк обладает слабыми механическими свойствами, при нормальной температуре легко ломается и крошится, но при температуре 100 C о-150 C о становится довольно тягучим и легко поддается деформации: куется, раскатывается в листы. Простая вода для металла безопасна, а кислоты и щелочи легко разъедают.

Из-за этого цинк в чистом виде для изготовления деталей не применяют, только сплавы.

Химические свойства

Внешняя электронная конфигурация одного атома цинка можно записать как 3 d 104 s 2. Металл активен и является энергичным восстановителем. При температуре в 100 C она открытом воздухе покрывается пленкой, состоящей из основных карбонатов, и сильно тускнеет.

При воздействии углекислого газа и повышенной влажности элемент начинает разрушаться. В кислородной или обычной среде при сильном нагревании цинк сгорает, образуя голубоватое пламя и белый дым, который состоит из оксида цинка.

Огнеопасно воздействуют на цинк сухие элементы фтора, брома и хлора, но только при участии паров воды.

При соединении металла и сильных минеральных кислот первый растворяется, особенно если смеси нагреть, в результате образуются соответствующие соли. Щелочи, расплавы и растворы окисляют вещество, в результате образуются цинкиты, растворимые в воде, и выделяется водород. Интенсивность воздействия кислот и щелочей зависит от наличия в цинке примесей. Чем более «чист» металл, тем слабее он взаимодействует из-за перенапряжения водорода.

в природе

Как самостоятельный элемент цинк в природе не встречается. Его можно добыть из 66 минералов, среди которых сфалерит, каламин, франклинит, цинкит, виллемит, смитсонит. Первый является наиболее распространенным источником металла, его часто называют «цинковой обманкой». Он состоит из сульфида цинка и примесей, которые придают минералу разнообразные цвета. Это осложняет его поиск и правильное определение.

Найти цинк можно в кислых и изверженных породах — во последних его немного больше. Часто металл в виде сульфида вместе со свинцом встречается в термальных водах, мигрирует в поверхностных и подземных источниках.

Особенности выплавки

Температура, необходимая для плавления цинка, должна быть меньше 419 C о, но и не больше 480 C о. В противном случае вырастет угар металла и повысится износ стенок ванны, которую стандартно производят из железа. В расплавленном состоянии допускается не более 0,05% примеси железа, иначе температура, нужная при плавлении, начнет повышаться. Если процент содержания железа будет превышать 0,2%, цинк нельзя будет подвергать прокатке.

Цинк получают из полиметаллических руд, в которых может содержаться до 4% элемента. Если руды были обогащены селективной флотацией, из них можно получить до 60% цинковых концентратов, остальное будет занято концентратами других металлов. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, после чего сульфид цинка переходит в оксид, и выделяется сернистый газ. Последний идет в расход: из него получают серную кислоту.

Чтобы перевести оксид цинка в сам металл, используют два способа.

1. Дистилляционный или пирометаллургический. Концентрат обжигают, затем подвергают спеканию, чтобы придать газопроницаемости и зернистости и восстанавливают при помощи кокса или угля при воздействии температуры в 1200-1300 C о. Во время реакции образуются пары металла, который конденсируют и разливают в изложницы. Чистота цинка достигает 98,7%, после можно повысить ее до 99,995% при помощи ректификации, но последний способ достаточно дорогой и сложный.
2. Электролитический или гидрометаллургический. Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой, раствор очищают от примесей при помощи цинковой пыли и подвергают электролизу в выложенных изнутри свинцом или винипластом ваннах. Цинк оседает на алюминиевых катодах, откуда его собирают и плавят в индукционных печах. Чистота металла, полученного этим способом, достигает 99,95%.

Смеси и сплавы

Для усиления прочности и увеличения температуры плавления металл смешивают с медью, алюминием, оловом, магнием и свинцом.

Самым известным и востребованным сплавом является латунь. Это смесь меди с добавлением цинка, иногда встречаются и олово, никель, марганец, железо, свинец. Плотность латуни достигает 8700 кг/м3. Температура, нужная для плавления, держится на отметке 880 C о — 950 C о: чем больше в ней содержание цинка, тем она ниже. Сплав отлично сопротивляется неблагоприятной внешней среде, хоть и чернеет на воздухе, если не покрыта лаком, прекрасно полируется и сваривается контактной сваркой.

Существует два вида латуни:

1. Альфа-латунь: более пластична, хорошо гнется в любом состоянии, но сильнее изнашивается.
2. Альфа+бета-латунь: деформируется только при нагревании, при этом более износостойка. Часто сплавляют с магнием, алюминием, свинцом и железом. Это позволяет увеличить прочность, но уменьшает пластичность.

Сплав Zamak или Zamac состоит из цинка, алюминия, меди и магния. Само название образовано из первых букв латинских названий: Zink — Aluminium — Magnesium — Kupfer / Cuprum (Цинк-Алюминий-Магний-Медь). В СССР сплав был известен как ЦАМ: Цинк-Алюминий-Медь.

Активно применяется в литье под давлением, плавление начинается при низкой температуре (381 C о — 387 C о) и имеет низкий коэффициент трения (0,07).

Обладает повышенной прочностью, что позволяет получать изделия сложной формы, которые не боятся сломаться: дверные ручки, клюшки для гольфа, затворы огнестрельного оружия, строительную фурнитуру, застежки разных видов и рыболовные снасти.

Небольшой процент цинка (не более 0,01%) содержится в гартовых сплавах, применяемых в полиграфии для отливки типографских шрифтов и линеек, печатных форм и машинного набора. Это устаревшие смеси, на место которых пришел чистый цинк с небольшим добавлением примесей.

Невысокая температура, которая требуется для плавления цинка, часто компенсируется за счет сплавов с другими металлами, но бывает и наоборот.

Если температура, необходимая для плавления «чистого» металла, составляет 419,5 C о, то сплав с оловом снижается до 199 C о, а с оловом и свинцом — до 150 C о.

Чаще всего цинковые сплавы применяют для создания карбюраторов, рам спидометров, радиаторных решеток, гидравлических тормозов, насосов и декоративных элементов, деталей для стиральных машин, миксеров и кухонного оборудования, часовых корпусов, пишущих машинок, кассовых аппаратов и бытовой техники. Эти детали нельзя применять в промышленном производстве: при повышении температуры до 100 C о прочность изделия снижается на треть, а твердость — почти на 40%. При понижении температуры до 0 C о цинк становится слишком хрупким, что может привести к поломке.

Применение

Цинк является одним из наиболее востребованных металлов в мире: он находится на третьем месте по объему добычи среди цветных металлов, уступая только меди и алюминию. Этому способствует и его невысокая цена. Чаще всего его применяют для защиты от коррозии и в качестве части сплава, например, латуни.

1. В металлургии цинк особенно ценен. Его наносят тонким слоем на стальную поверхность многих металлоконструкций, чтобы полностью защитить их от ржавчины на механическом и химическом уровне. На это расходуется до 40% от всей добычи. Поскольку цинк, в отличие от никеля, кобальта, олова и кадмия, активнее железа, он первым начинает контактировать с недружелюбной внешней средой, полностью защищая основу.
2. Чистый металл используют для восстановления благородных металлов после добычи путем выщелачивания. Также с его помощью происходит добыча золота и серебра из чернового свинца.
3. Цинк является наиболее электроположительным металлом, практически не реагирующим на воду. Это позволило создать большое число разнообразных химических источников тока: воздушно-цинковые, серебряно-цинковые, ртутно-цинковые, «сухие» элементы Лекланше.
4. Цинковую пыль используют в фейерверках и пиротехнике для создания голубого огня, в краске, особенно в цинковых белилах — для антикоррозийной защиты и лучшего прилипания к основе. Она же применяется для вытеснения драгоценных металлов из цианистых растворов и для очистки раствора сульфата цинка от кадмия и меди.
5. В полиграфии цинк применяют для отливки шрифтов и печать иллюстраций: цинкография применяется с XIX века. При этом типографское клише готовится на цинковой основе с небольшим — не более 5% — добавлением других металлов. Перед каждым травлением пластину отжигают и прокатывают в нагретом состояние.
6. В медицине оксид цинка используют в качестве антисептика в мазях «Паста Лассара», «Судокрем», «Цинковая мазь», а также в качестве присыпки, зубных паст и материала для цементирования зубов. Применяют металл для создания бактерицидных потолков и самоочищающихся поверхностей. Раньше цинк применяли для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах.

В живых организмах

В теле человека содержится около 2 граммов цинка, около 400 ферментов содержат его. К последним относятся ферменты, катализирующие гидролиз белков, сложных эфиров и лептидов, полимеризацию РНК и ДНК, образование альдегидов. Чистый элемент содержится в мышцах, поджелудочной железе и печени. В день мужчинам требуется 11 мг цинка, женщинам — 8 мг.

В организме цинк выполняет следующие функции:

1. Нормализует деятельность простаты;
2. Способствует метаболизму витамина Е;
3. Принимает участие в синтезе анаболических гормонов: гормоне роста, инсулине, тестостероне и других;
4. Участвует в продукции мужских гормонов и спермы;
5. Помогает расщепить алкоголь в организме.

При недостатке элемента в организме наблюдается быстрая утомляемость, раздражительность, потеря памяти, снижение зрения и веса без объективной причины, приступы аллергии, депрессивное состояние. Происходит понижение уровня инсулина и накопление в теле некоторых элементов: железа, свинца, меди, кадмия.

В продуктах питания

Элемент имеется в мясе, сыре, кунжуте, устрицах, шоколаде, бобовых, овсянке, подсолнечных и тыквенных семечках, часто присутствует в минеральной воде. Наибольший процент цинка содержится в следующих продуктах (из расчета на 100 грамм):

1. Устрицы (до 40 мг), анчоусы (1,72 мг), осьминог (1,68 мг), карп (1,48 мг), икра (до 1 мг), сельдь (около 1 мг).
2. Тыквенные семечки (10 мг), кунжут (7 мг), подсолнечные семечки (5,3 мг), арахис (4 мг), грецкие орехи (3 мг), миндаль (3 мг).
3. Говядина (до 8,4 мг), баранина (до 6 мг), говяжья печень (4 мг), свинина (до 3,5 мг), курица (до 3,5 мг).
4. Какао-порошок без сахара и подсластителей (6,81 мг), чистый горький шоколад (2,3 мг), шоколадные конфеты (до 2 мг в зависимости от количества и вида шоколада).
5. Чечевица (4,78 мг), овес (3,97 мг), пшеница (3,46 мг), соевые бобы (3 мг), рожь (2,65 мг), хлеб (до 1,5 мг), зеленый горошек (1,24 мг), горох (1,2 мг), ростки бамбука (1,1 мг), рис (1 мг), злаковое печенье (до 1 мг).
6. Твердый сыр (до 4 мг).

Опасность для человека

Отравление цинком обычно происходит при длительном вдыхании его паров. Первыми признаками являются сильная жажда, потеря аппетита, сладковатый привкус во рту. Нередко появляется усталость, сонливость, сухой кашель, чувство разбитости, давящая боль в грудной клетке. Длительное воздействие может привести к бесплодию, малокровию, задержке в развитие. В быту опасность представляет оцинкованная посуда, в которой длительно хранится пища.

• Фёдор Ильич Артёмов
• Распечатать

Источник: http://stanok.guru/cvetnye-metally-i-splavy/svoystva-cinka-ego-temperatura-i-osobennosti-plavleniya.html