Металургія цинку
5.4.1 Цинк, його властивості, сфери застосування. Цинк відомий людству з давнину; перші згадки про нього відносяться до V ст. до н.е. Спочатку його отримували в Індії, Китаї та інших країнах Стародавнього Сходу у вигляді сплаву з міддю, що називається латунню. Отримання цинку в чистому вигляді довгий час було утруднено через його високу хімічну активність і летючість. У Європі цинк вперше отримано у XVIII ст, а нині з виробництва та споживання він займає одне з провідних місць серед кольорових металів. Цинк – світло-сірий, тендітний і твердий метал із щільністю 7,13 г/см3, температура його плавлення становить 419,5 С. Пружність парів цинку надзвичайно висока – він починає помітно випаровуватися вже при температурі 500-600 С, чим помітно відрізняється від інших кольорових металів. За наявності в повітрі парів води та діоксиду вуглецю цинк покривається тонкою і дуже щільною плівкою ZnCO3 Zn(OH)2, яка практично повністю припиняє процес його подальшого окислення. Цю властивість цинку широко використовують у техніці для антикорозійних покриттів (цинкування), головним чином заліза. Продукт окислення цинку – оксид цинку ZnO плавиться при температурі близько 2000 С, а відновлюється при температурі більше 1000 С в атмосфері, що практично повністю складається із СО. Сульфід цинку ZnS плавиться при температурі близько 1775 С. Таким чином дві найважливіші сполуки цинку – сульфід та оксид цинку – є дуже тугоплавкими сполуками. З багатьма металами цинк утворює ряд промислово важливих ливарних сплавів, а також входить до складу латунів, бронз та ін. Широко використовується оксид цинку для приготування білків цинку, медикаментів і парфумерних виробів. Приблизний розподіл цинку за основними областями застосування наступний (%): цинкування – 25-40; ливарнісплави – 25-40; латуні та бронзи – 10-30; цинковий прокат – 5-10; оксид цинку – 3-10; інші – 3-8. 5.4.2 Сировина для одержання цинку та способи її переробки. Основним джерелом отримання цинку є сульфідні
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.
Цинк із сірчанокислого розчину виділяють електролітичним осадженням на катоді, а на аноді при цьому регенерується сірчана кислота, і сумарний процес електролізу описується наступною реакцією
ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0,5O2.
Так як при вилуговуванні в розчин переходять супутні домішки (Cu, Cd, Co, Fe та ін), то перед електролізом розчини піддають ретельному очищенню. Випал цинкових концентратів перед вилуговуванням проводять у печах киплячого шару (див. малюнок 5.9), що забезпечує отримання дрібного недогарка з добре розвиненою поверхнею. Хімізм процесу випалу концентратів зводиться до перебігу наступних основних реакцій
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 + 891 МДж та 2FeS2 + 5,5O2 = Fe2O3 + 4SO2 + 165 МДж.
Ці екзотермічні реакції забезпечують автогенність процесу випалу.
Малюнок 5.14 – Схема отримання цинку з руд гідрометалургійним методом
Вилужування обпалених цинкових концентратів проводять для переведення цинку в розчин. Цей процес проводять у чанах ємністю до 140 м3 (рисунок 5.15) при перемішуванні недогарка з розчинником. Нерозчинний осад після вилуговування направляють на вельцювання - відновлення коксиком при 1100-1200 С в трубчастій печі для отримання цинку, свинцю, кадмію і летючих елементів. У залишку після вельцювання – клінкері – міститься залізо, мідь, срібло та золото. Цей продукт направляють на мідеплавильні
заводи, де його використовують як добавки в шихту шахтних печей.
1 – електродвигун; 2 – редуктор; 3 –стійка; 4 – підведення розчину; 5 - підведення пари; 6 – подача стисненого повітря; 7 – випускна труба; 8 – дифузор; 9 – імпелерна мішалка; 10 - змійовик; 11 – чан; 12 - вал; 13 - завантаження недогарка; 14 – рама
Рисунок 5.15 –Чан для вилуговування з механічним перемішуванням
5.4.4 Виробництво цинку катодного. Очищений від домішок цинковий розчин безперервно надходить на електроліз, витісняючи вже відпрацьований електроліт. На цинковому катоді при підвищеній щільності струму (до 700 А/м2), високій чистоті вихідного електроліту, низькій температурі процесу (33-38 С), і за наявності в електроліті поверхнево-активних речовин, створюється висока перенапруга водню, що перешкоджає його розряду. Електролізер багато в чому схожий на ванни, що використовуються при електролізі міді. Катоди виготовляють із холоднокатаного алюмінієвого листа товщиною 34 мм, а аноди відливають із свинцю з добавкою 1 % срібла для підвищення їхньої корозійної стійкості. Отриманий катодний цинк відокремлюють від алюмінієвого катода і направляють на переплавлення в чушки
2. Початки металургії. /Під. ред. В.І. Коротича. - Єкатеринбург, 2000. - 391 с. 3. Виробництво кольорових металів. /Б.Б. Кістяківський, Н.В. Гудіма, Н.М. Ракова та ін. - М.: Металургія, 1984. - 280 с. 4. Галевський Г.В. Введення у металургію / Г.В. Галевський, М.Я. Мінціс, В.В. Руднєва. - Нов-к: Вид-во СибДІУ, 2003. - 173 с. 5. Єланський Г.М. Основи виробництва та обробки металів / Г.М. Єланський, Б.В. Лінчевський, А.А. Кальменєв. - М.: МГВМІ, 2005. - 416 с.