Технология получения оксида цинка
Цинк относится ко второй группе периодической системы химических элементов. Как и другие элементы этой группы, он является двухвалентным и обладает выраженными металлическими свойствами.Располагаясь в четвертом ряду периодической системы, с одной стороны цинк находится рядом с никелем и медью, с другой его соседями являются германий и мышьяк. То есть, по характеристикам его можно считать промежуточным между типичными металлами и неметаллами. Это объясняет наличие у металла цинка неметаллических свойств, которые проявляются амфотерностью его окиси.
Из-за большой отрицательной величины потенциала цинка, для него характерна высокая активность. Но он разлагает холодную воду, что объясняется наличием тонкого слоя основных углекислых солей, покрывающих металл, и медленным разрядом ионов водорода при взаимодействии с цинком, обуславливающим высокое перенапряжение водорода.
Наличие примесей меди, железа и других металлов с большим положительным зарядом ускоряет процесс растворения цинка в кислотах.
Железо покрывают цинковым слоем с целью защиты от коррозии. При локальном разрушении покрытия, железо остается защищенным, так как при растворении цинка на оголившихся участках железа начинает выделяться водород.
Сырье для производства цинка
Цинк получают из сульфидных руд, медно-свинцово-цинковых, медно-цинковых и свинцово-цинковых. Сульфидные обычно содержат цинк в виде сфалерита или вуртцита. В полиметаллических рудах он содержится вместе с минералами и элементами. Сульфидные полиметаллические руды содержат 1-3 % цинка. Из-за сложного состава этих руд их приходится сначала подвергать селективному обогащению для получения нескольких концентратов.
Наиболее распространенным является гидрометаллургический метод производства цинка, что объясняется наличием у этой технологии ряда преимуществ по сравнению с дистилляцией. К таким преимуществам относят:
- большее количество извлеченного цинка и сопутствующих веществ
- комплексный характер переработки сырья
- высокое качество полученного цинка
- высокий уровень механизации процесса
Этот способ подразумевает выщелачивание цинка раствором серной кислоты из обожженного концентрата.
Способы получения цинка
Цинк извлекают двумя методами: пирометаллургическим (дистилляционным) и гидрометаллургическим (электролитным).
Дистилляционный способ
Эта технология основана на обжиге цинкового концентрата в горизонтальных шамотных ретортах, где сульфиды преобразуются в окислы. Обожженный цинковый концентрат, смешанный с мелким антрацитом или коксовой мелочью, загружают в горизонтально установленные в печи реторты. Температура нагрева печи составляет 1400 °С.
Устье реторты смыкается с конденсатором из огнеупорной глины, в котором накапливается жидкий цинк. Часть цинковых паров, которые не успевают сконденсироваться, поступает в железную аллонжу, надетую на устье конденсатора.
Когда процесс дистилляции заканчивается, конденсатор убирают, и выгружают из реторты спекшиеся отходы дистилляции – раймовку.
Эта технология получения цинка достаточно проста, но и производительность ее не высока. К тому же, в полученном цинке присутствует свинец и кадмий.
Также цинк получают в вертикальных ретортах из карборунда, более крупных, и с механизированным обслуживанием.
Вертикальная реторта имеет вид шахты с прямоугольным сечением. Ее собирают из карборундовых плит или выкладывают из карборундового кирпича.
По бокам реторты имеются камеры, к которых сжигается обогревающий ее генераторный газ. В верхнюю часть реторты загружается брикетированная шихта, из нижней непрерывно выгружается раймовка, тоже в форме брикетов, сохраняющейся в процессе обработки шихты.
Тщательно перемешанная шихта проходит через брикетный пресс. Затем ее нагревают до 750–900 °С. Это сопровождается коксованием каменного угля и смолы, вследствие чего брикеты становятся более прочными и пористыми.
Суть химического процесса дистилляции в вертикальных ретортах сходна с технологией, реализуемой в горизонтальных ретортах.
В среднем реторта может эксплуатироваться в течение 3–5 лет. В ней можно получать за сутки 4–7 т цинка, или до 90 кг на 1 кв. м. теплопередающей стенки.
Гидрометаллургический способ получения цинка
Электролитный способ получения цинка тоже подразумевает предварительный обжиг цинковых концентратов с последующим выщелачиванием разбавленной серной кислотой.
После очищения полученного раствора сернокислого цинка от примесей проводится его электролиз. В результате чистый цинк оседает на катодах, на анодах выделяется кислород. А раствор насыщается серной кислотой, которой можно снова выщелачивать обожженный концентрат.
Важно, чтобы количество серной кислоты совпадало с ее расходом на выщелачивание огарка. Для выполнения этого правила регулируют условия обжига, чтобы в огарке оставалась часть серы в виде сульфата цинка, для которого не требуется кислота при выщелачивании и образующем ее электролизе.
Где применяют оксид цинка
Оксид цинка нашел самое широкое применение в различных отраслях. Его содержат в своем составе абразивные зубные пасты и стоматологические цементы, крема для загара и другие косметические средства. Он применяется в производстве электрокабельной, резинотехнической и лакокрасочной продукции, искусственной кожи, а также в шинной и нефтеперерабатывающей промышленностях.
Опасен ли оксид цинка для человека
В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76, окись цинка имеет 2 класс опасности. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственных помещений для нее составляет 0,5 мгм3.
Опасное или нет производство оксида цинка, зависит от соблюдения правил работы с этим веществом. Они требуют использования индивидуальных средств защиты (респираторов типа «Лепесток» или УК-8, резиновых перчаток, защитных очков), а также соблюдения правил личной гигиены.
Помещения, где проводятся работы с цинком, должны быть снабжены общей приточно-вытяжной вентиляцией. Места с наибольшим количеством пыли оборудуются местными вытяжками. Для проведения лабораторного анализа следует применять вытяжной шкаф. Технологические процессы с применением окиси цинка должны проводиться в герметичных условиях.
Возможно вас заинтересует
