Цинк (Zn)

[zinc] — элемент II группы Периодической системы; атомный номер 30, атомная масса 65,38; синевато-белый металл. Природный Zn содержит изотопы ⁶⁴Zn (48,89 %), ⁶⁶Zn (27,81 %), ⁶⁸Zn (18,61 %), ⁷⁰Zn (0,62 %); получено 9 радиоактивных изотопов, из них наиболее устойчив Zn (T_1/2 = 250 сут). Zn в виде латуни известен с 500 г. до н.э., в чистом виде получен в XVI в. Среднее содержание в земной коре (кларк) — 8,3 • 10^-3 мас. %. Изветсно 66 минералов Zn, важнейшие из них: цинкит (ZnO), сфалерит (ZnS), каламин (2ZnO • SiO₂ • H₂О), сонит (ZnCO₃), франклинит (ZnFe₂O₄). Zn не имеет полиморфных модификаций, кристаллизируется в гексагональной решетке: а = 265,94 пм, с = 493,70 пм. γ_{20 °С} = 7,133 г/см³; t_пл = 419,5 °С; t_кип = 906 °С, α_{20-250 °С} = 39,7 • 10^-6 K^-1, λ = 110,950 Вт/(м • К), ρ_{20 °С} = 5,9 • 10^-6 Ом • см, с = 25,433 Дж/(г•К); σ_в = 200—250 МПа, δ = 40—50 %, твёрдость по Бринеллю 400-500 МПа. Zn диамагнитен. Степень окисления +2, во влажном воздухе и воде стоек до 200 °С. 99,7 — 99,9 %-ный Zn легко растворим в кислотах, а > 99,999 %-ный не растворяется в кислотах даже при нагревании Zn легко взаимодействует со щелочами, аммиаком, влажными галогенами; при 500 °С горит на воздухе с образованием оксида и нитрида, при 600 — 700 °С — разлагая воду, сульфидируется смесью SO₂ и СО₂. Zn образует сплавы с Cu, Sn, Ni, Ag, Bi, Hg.
Zn производят из полиметаллических руд, содержащих 1-4 % Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащаются селективной флотацией, получая Zn-концентраты (50 — 60 % Zn) и одновременно Pb-, Cu-, иногда Fe₂S - концентраты. Zn-концентраты обжигают преимущественно в псевдоожиженном (кипящем) слое в прямоугольных или цилиндрических диаметром > 5 м печах, высотой 5-17 м, площадью пода > 200 м², объемом 150 — 350 м³ при 900-950 °С; удельная производительность достигает > 5 т/(м² • сут). При обжиге сульфид Zn переводится в ZnO; образуя при этом SO₂ используется в производстве H₂SO₄. Zn из ZnO получают двумя способами: пирометаллургическим (дистилляционными) и гидрометаллургическим По первому обожженнию концентрат подвергается спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливаются углем или коксом при 1200 — 1300 °С: ZnO + С = Zn + CO. Образуемые при этом пары Zn конденсируются и разливают в изложницы. Дистилляционный Zn очищают ликвацией (т.е. отстаиванием жидкого металла от Fe и части Pb при 500 °С), достигая чистоты 98,7 %. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией дает металл чистотой 99.995 % и позволяет извлекать Cd. Основной способ получения Zn — гидрометаллургический (электролитический), обеспечивающий более высокое сквозное извлечение Zn (94 % против 75 % по дистилляции). После обжига концентрата в печах КС Zn-огарок охлаждаются, классифицируются, крупные фракции измельчаются. Содержание Zn в огарке 55 — 65 %, в т. ч. 89-95 % кислоторастворимого. Огарок выщелачивается в пневматических (пачуках) или механических мешалках с подогревателями. Концентрация H₂SO₄ достигает 150-200 г/л, температура раствора 65-75 °С, продолжительность процесса 10-50 мин. Выщелачивание ведут по непрерывной или периодической схеме. Полученный сульфатный раствор очищенный от примесей (осаждением их Zn-пылью) и подвергают электролизу в ваннах, аналогичным ваннам для электролиза Си, с использ Pb-анодов с добавкой 1 % Ag. В качестве катода используются 3-4-мм Al-листы. Переплавку катодного Zn чистотой до 99,95 % ведут в индукционной или отражательных печах в присутствии NH₄Cl. Металлический Zn разливают в чушки на карусельных или ленточных машинах. Общий расход электроэнергии на 1 т Zn в чушках 3,4-3,8 МВт • ч. Около 50 % производимого Zn расходуется на защиту стали от коррозии (Смотри Цинкование). Сплавы меди с Zn (латунь, Au из промышленных растворов цианидов и др. Соединения Zn используют в полупроводниковой технике, лакокрасочной промышленности, в производстве резины и пластмасс и других отраслях.