Железо цинк свинец что это

Цинк и его сплавы: химический состав, физические свойства, применение

Цинк — хрупкий голубовато-белый металл. В природе без примесей не встречается. В 1738 году Уильям Чемпион добыл чистые пары цинка с помощью конденсации. В периодической системе Менделеева находится под номером 30 и обозначается символом Zn.

Свойства цинка

Химические свойства цинка

Цинк — активный металл. При комнатной температуре тускнеет и покрывается слоем оксида цинка.

  • Вступает в реакцию со многими неметаллами: фосфором, серой, кислородом.
  • При повышении температуры взаимодействует с водой и сероводородом, выделяя водород.
  • При сплавлении с щелочами образует цинкаты — соли цинковой кислоты.
  • Реагирует с серной кислотой, образуя различные вещества в зависимости от концентрации кислоты.
  • При сильном нагревании вступает в реакции со многими газами: газообразным хлором, фтором, йодом.
  • Не реагирует с азотом, углеродом и водородом.

Физические свойства цинка

Цинк — твердый металл, но становится пластичным при 100–150 °C. При температуре выше 210 °С может деформироваться. Температура плавления — очень низкая для металлов. Несмотря на это, цинк имеет хорошую электропроводность.

  • Плотность — 7,133 г/см³.
  • Теплопроводность — 116 Вт/(м·К).
  • Температура плавления цинка — 419,6 °C.
  • Температура кипения — 906,2 °C.
  • Удельная теплота испарения — 114,8 кДж/моль.
  • Удельная теплота плавления — 7,28 кДж/моль.
  • Удельная магнитная восприимчивость — 0,175·10-6.
  • Предел прочности при растяжении — 200–250 Мн/м 2 .

Подробный химический состав цинка различных марок указан в таблице ниже.

Обозначение марок Цинк, не менее Примесь, не более
свинец кадмий железо медь олово мышьяк алюминий всего
ЦВ00 99,997 0,00001 0,002 0,00001 0,00001 0,00001 0,0005 0,00001 0,003
ЦВ0 99,995 0,003 0,002 0,002 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,005
ЦВ 99,99 0,005* 0,002 0,003 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,01
Ц0А 99,98 0,01 0,003 0,003 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,02
Ц0 99,975 0,013 0,004 0,005 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,025
Ц1 99,95 0,02 0,01 0,01 0,002 0,001 0,0005 0,005 0,05
Ц2 98,7 1,0 0,2 0,05 0,005 0,002 0,01 0,010** 1,3
Ц3 97,5 2,0 0,2 0,1 0,05 0,005 0,01 2,5
* В цинке, применяемом для производства сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца должна быть не более 0,004%. ** В цинке, применяемом для проката, массовая доля алюминия должна быть не более 0,005%.

Содержание примесей в цинке зависит от способа производства и качества сырья.

В России основной процент цинка получают гидрометаллургическим способом — металл восстанавливают из солей в растворах. Такой способ позволяет получить наиболее чистый металл. Но часть цинка обрабатывают при высоких температурах. Такой метод называют пирометаллургическим.

Свинец — особая примесь в цинке, так как основная его часть оседает из-за нерастворимых анодов, содержащихся в металле. Катодный цинк, помимо всех указанных примесей, состоит из хлора и фтора.

Как примеси изменяют свойства цинка

Производители ограничивают содержание кадмия, олова и свинца в литейных сплавах цинка, чтобы подавить межкристаллитную коррозию.

Олово — вредная примесь. Металл не растворяется и выделяется из расплава — способствует ломкости цинковых отливок. Кадмий напротив — растворяется в цинке и снижает его пластичность в горячем состоянии. Свинец увеличивает растворимость металла в кислотной среде.

Железо повышает твердость цинка, но снижает его прочность. Вместе с тем оно усложняет процесс заполнения форм при литье.

Медь увеличивает твердость цинка, но уменьшает его пластичность и стойкость при коррозии. Содержание меди также мешает рекристаллизации цинка.

Наиболее вредная примесь — мышьяк. Даже при небольшом ее количестве металл становится хрупким и менее пластичным.

Читайте также:  Как сделать напыление серебром

Чтобы избежать растрескивания кромок при горячей прокатке цинка, содержание сурьмы не должна быть выше 0,01%. В горячем состоянии она увеличивает твердость цинка, лишая его хорошей пластичности.

Сплавы цинка

Сплавы на цинковой основе с добавлением меди, магния и алюминия имеют низкую температуру плавления и обладают хорошей текучестью. Они легко поддаются обработке, свариванию и паянию.

Латунь

Различают латуни двухкомпонентные и многокомпонентные.

Двухкомпонентная латунь — сплав цинка с высоким содержанием меди. Существует желтая латунь с медью в количестве 67%, золотистая медь или томпак — 75%, и зеленая — 60%. Такие сплавы могут деформироваться при температуре 300 °C.

Многокомпонентные латуни, помимо 2-х основных металлов, состоят из других добавок: никеля, железа, свинца или марганца. Каждый из элементов влияет на свойства сплава.

ЦАМ — семейство цинковых сплавов. В их состав входят магний, алюминий и медь. Такие сплавы цинка используются в литейном производстве. В них содержится алюминий в количестве 4%.

Основная область применения сплавов ЦАМ — литье цинка под давлением. Сплавы этого семейства обладают низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Их высокопрочность позволяет производить прочные и сложные детали.

Вирениум

Сплав состоит из цинка (24,5%), меди (70%), никеля (5,5%).

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.

Применение цинка

Для защиты металлов от коррозии

Чистый цинк используется для защиты металлов от коррозии. Основу покрывают тонкой пленкой. Этот процесс называется металлизацией.

В автомобильной отрасли

Сплавы на цинковой основе используют для оформления декора автомобильного салона, в производстве ручек дверей, замков, зеркал и корпусов стеклоочистителей.

В автомобильные покрышки добавляют окись цинка, которая повышает качество резины.

В батарейках, аккумуляторах и других химических источниках тока цинк используется как материал для отрицательного электрода. В производстве электромобилей применяются цинк-воздушные аккумуляторы, которые обладают высокой удельной энергоемкостью.

В производстве ювелирных украшений

Ювелиры добавляют цинк в сплавы на основе золота. В итоге они легко поддаются ковке и становятся пластичными — прочно соединяют мелкие детали изделия между собой.

Читайте также:  Как называется дериват гемоглобина содержащий трехвалентное железо

Металл также осветляет ювелирные изделия, поэтому его часто используют в изготовлении белого золота.

В медицине

Окись цинка применяется в медицине как антисептическое средство. Окись добавляют в мази и другие составы для заживления ран.

Благодаря своим свойствам, цинк широко применяется в различных областях промышленности. Металл пользуется спросом из-за относительно низкой цены и хороших физических свойств.

Источник

Свинец и цинк

Предполагают, что свинец был известен людям, жившим примерно 7—9 тыс. лет назад. Металл легкоплавкий, поэтому и оказался доступным человеку. Но по тем же причинам свинец не стал для человека важным материалом, пригодным для изготовления орудий труда. Это место оказалось занятым медью (и бронзой). Однако и в далеком прошлом свинец находил применение в хозяйстве человека. Так, древние греки уже в то отдаленное от нас время широко использовали свинец для обшивки бортов своих кораблей, изготовления якорей. В 1980 г. аквалангисты московского клуба «Энергия» подняли у побережья Тамани свинцовый шток якоря древнегреческого судна. Он пролежал в воде более 2000 лет.

Современные токсикологи считают, что свинец сыграл роковую роль в закате римской цивилизации: Рим пал, отравленный свинцом. Археологами обнаружен в костных останках древних римлян в значительных количествах свинец. Дело в том, что свинцовыми были трубы самого древнего в мире римского водопровода. Но особенно губительным для римлян было использование посуды, оправленной в свинец, свинцовых косметических красок, используемых патрицианками. Из-за постоянных отравлений малыми дозами свинца средняя продолжительность жизни римских патрициев не превышала 25 лет. Еще 4 тыс. лет назад в Китае имели хождение свинцовые деньги.

Цинк также известен издавна. Об этом свидетельствуют письменные источники Ассирии и Урарту.

Цинк и свинец — тяжелые металлы (плотность их соответственно 11,34 и 7,13 г/см 3 ). Свинец — белый металл, мягкий, ковкий (легко прокатывается в тонкие листы), имеет низкую точку плавления (327,4 °С) и высокую температуру кипения (1740 °С), химически стоек, не пропускает рентгеновские лучи, сплавляется с другими твердыми металлами. Применяется в химической промышленности — покрытия частей аппаратуры, подвергающихся воздействию активных реагентов, покрытия внутренних поверхностей камер для производства серной кислоты, травильных и электролитических ванн Свинец и его соединения используются для производства аккумуляторов, красок, кабеля, дроби, фольги, защитных экранов от радиоактивного излучения; в военном деле (шрапнели, сердечники в пулях); для производства антидетонаторной добавки в бензин (тетраэтилсвинец). Сплавы свинца с медью, сурьмой, оловом, цинком используются в производстве бронз, латуней, баббитов, типографских сплавов.

Цинк — белый металл, обладающий низкой температурой плавления (419,5 °С), кипит при температуре 906 °С, устойчив против коррозии (на воздухе покрывается белым налетом оксида, защищающего его от дальнейшего окисления), способностью давать сплавы с другими цветными металлами Цинк используется для антикоррозийных покрытий — оцинкованные поверхности стальных и чугунных изделий, а также для производства сплавов на основе цинка с добавкой алюминия, меди, магния, обладающих высокими литейными качествами, низкой температурой плавления (что позволяет производить сложное литье под давлением). Цинк используется при производстве латуни, бронзы, мельхиора, антифрикционного металла, типографского сплава. Он идет на изготовление аккумуляторных батарей, на один автомобиль расходуется до 40 кг цинка.

Обычно в природе цинк и свинец встречаются вместе, образуя комплексные свинцово-цинковые полиметаллические руды. Кроме них в состав этих руд часто входят серебро, медь, кадмий, золото, олово, кобальт, висмут, сурьма, молибден, барий, ванадий, индий и другие элементы. Известно более 150 свинцовых и 58 цинковых минералов. Главнейшими рудными минералами являются в производстве свинца — галенит, или свинцовый блеск (сульфид, содержит до 86 % свинца), церрусит (карбонат, 77%), англезит (сульфат, 68%); цинка — сфалерит, или цинковая обманка (сульфид, 67%), смитсонит (карбонат, 52%), цинкит, или красная цинковая руда (оксид, 80%).

В прошлом металл свинец имел иное название, а слово «свинец», очевидно, происходит от названия «свинца» (слитки называют «чушками»). Древние римляне свинец называли «плюмбум — нигрум» или «свинец темный», а олово — «плюмбум — кандиум» или «свинец кандийский» (о-в Кипр в прошлом назывался о-в Кандиум). Галенит по-древнелатински означает «свинцовая руда» или «окалина», которая остается после выплавки свинца. Церуссит происходит от древнегреческого термина, означающего свинцовый карбонат, который затем стал латинским термином «церусса» — белила. Минерал англезит назван по месту его находки на острове Ангаси (Уэльс, Великобритания). Название сфалерит происходит от греческого слова, означающего предательский, непостоянный (поскольку часто в месторождениях этот минерал принимали за галенит, но он не содержал свинца), отсюда и второе имя — цинковая обманка. Смитсонит назван в честь английского химика и минералога Дж. Смитсона, на средства которого создан Смитсоновский институт (Вашингтон, округ Колумбия). Минерал цинкит назван так по составу.

Читайте также:  Как от камня отделить золото от

Существует несколько типов полиметаллических месторождений: месторождения замещения, жильные и колчеданные месторождения халькопирит-сфалеритовых руд.

Разведанными запасами свинцово-цинковых руд располагают более трети стран мира. СССР среди них занимает одно из первых мест.

Свинцовый промысел возник в России еще в XVII — начале XVIII вв., с 1698 г. добывается свинец на Нерчинских рудниках в Забайкалье, с 1726 г. — на Алтае. Сейчас разрабатываются месторождения на Рудном Алтае — Золотушинское, Березовское, Зыряновское, Белоусовское; в Средней Азии — Алтын-Топканская группа; в Казахстане — Лениногорское, Текелийское; в Забайкалье — Нерчинское; в Приморье — Дальнегорская группа.

Большие запасы свинца и цинка имеются в Польше, Югославии, Германии, Чехо-Словакии, Венгрии, Болгарии, Албании, КНДР и КНР.

Общие запасы свинца, выявленные по данным 1987 г., в 49 развитых капиталистических и развивающихся странах, составляют 145 млн. т, в том числе подтвержденные 86 млн. т. Почти две трети общих запасов размещено в трех странах (млн. т): США (40), Канаде (24) и Австралии (16).

Общие запасы цинка в 52 развитых капиталистических и развивающихся странах — 296 млн. т, подтвержденные — 171 млн. т, более половины общих запасов располагается в Канаде (56 млн. т), США (53 млн. т) и Австралии (28 млн. т). Кроме того крупные запасы свинца и цинка имеются в ЮАР, Бразилии, Испании, Иране; свинца — в Марокко; цинка — в Индии, Перу, Заире, Ирландии.

В США находятся уникальные месторождения свинца и цинка — Вибурнум Бьюик, на Аляске Рэд Дог. Всего в США насчитывается до 500 месторождений, но основную добычу дают 20—25 крупных горнодобывающих предприятий.

В Канаде основные запасы размещены в уникальных месторождениях Салливан (Скалистые горы, в верховьях р. Колумбии, запасы суммы металлов более 4 млн. т, в том числе серебра 1,4 тыс. т, разрабатывается с 1900 г.), Пайн-Пойнт и др.

В Австралии имеется пять уникальных месторождений полиметаллов — Брокен-Хилл, Маунт-Айза и др. В Мексике основными полиметаллическими месторождениями являются уникальные Санта Барбара, Сан-Мартин. Крупнейшие месторождения имеются в Перу (Серро-де-Паско), в ЮАР (Гамсберг), Ирландии.

Добыча свинца и цинка осуществляется в 38 развитых и развивающихся странах. В 1986 г. производство свинца достигло (в млн. т): 2,3, в том числе в Австралии — 0,4, США — 0,4, Канаде — 0,3, Перу и Мексике — по 0,2, Марокко — 0,1. Добыча цинка составила в металле (в млн. т) — 5, в том числе в Канаде — 1,2, в Австралии — 0,7, Перу — 0,6, Мексике и Японии — по 0,2, в США и Швеции — по 0,2. Международные цены на Лондонской бирже на рафинированный свинец составляют 300 ф. ст. или 500 дол. за 1 т, а на цинк — 600 ф. ст. или 900 дол. за 1 т.

Источник: В.Д. Войлошников, Н.А. Войлошникова. Книга о полезных ископаемых. Издательство «Недра». Москва. 1991

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни