Металлургия цинка

Цинк – тяжелый цветной металл синевато-белого цвета. Плотность твердого цинка составляет 7,14 г/см³, жидкого – 6,7 г/см³. Температура плавления 419,4С. Кипения – 906С. Упругость паров цинка чрезвычайно высока — он начинает заметно улетучиваться уже при 500—600 °С. Этим цинк значительно отличается от других тяжелых цветных металлов.

В обычных условиях цинк хрупкий и твердый металл. Высокую пластичность цинк приобретает при нагреве до 100—150 °С. При этих температурах он вытягивается в тонкие ленты и даже в проволоку. При нагреве выше 200 °С цинк вновь становится хрупким и его легко можно истолочь в порошок. Валентность цинка +2.

Цинк имеет высокое сродство к кислороду. Однако при нормальных условиях он отличается высокой коррозионной стойкостью. Сухой воздух при комнатной температуре на цинк не действует, но при наличии в воздухе паров воды и углекислого газа металл покрывается тонкой и очень плотной пленкой состава ZnСОз-Zn(ОН)₂, которая практически полностью прекращает процесс дальнейшего окисления. Это свойство цинка широко используется в технике для нанесения антикоррозионных покрытий (цинкование) главным образом на железные изделия (например, при изготовлении кровельного железа).

Продукт окисления цинка ZnО трудно восстановимый оксид: его восстановление до металла возможно при температурах выше 1000 °С в атмосфере, практически полностью состоящей из СО. Оксид цинка плавится при температуре около 2000 °С.

В разбавленных кислотах цинк растворяется с выделением водорода и образованием соответствующих солей. Щелочи растворяют цинк с образованием цинкатов.

Цинк — типичный электроотрицательный металл ( = —0,763 В). Он вытесняет медь, никель, кобальт, свинец, олово и благородные металлы из растворов. Это свойство цинка широко используют в металлургической практике для цементационного выделения ряда металлов из растворов.

С другими металлами цинк образует ряд промышленно важных сплавов — литейные сплавы, латуни, бронзы и др. Хорошие литейные свойства сплавов на основе цинка позволяют методами литья под давлением получать изделия сложнейших форм с хорошими механическими характеристиками и качественной поверхностью. Такие изделия широко используют во многих отраслях промышленности, и спрос на них непрерывно растет.

Окись цинка — белый порошок — находит применение в производстве красителей (цинковых белил), как наполнитель некоторых сортов резины, а также при изготовлении ряда медикаментов и парфюмерных изделий.

Цинк обычно не образует самостоятельных руд, а входит в состав полиметаллических свинцово-цинковых или медно-свинцово-цинковых руд. В этих рудах, наряду со сфалеритом, присутствуют сульфиды свинца, меди, кадмия, марганца, серебра, мышьяка, сурьмы, кобальта. В сфалерите часто в виде примесей содержатся редкие элементы – индий, таллий, галлий и германий, а так же золото в количестве от тысячных до сотых долей процента.

В полиметаллических свинец-цинксодержащих рудах содержание отдельных компонентов характеризуется следующими цифрами, %: 0,3–4 Pb; 0,5–10 Zn; 0,2–2,9 Cu; 8–25 Fe; 7–30 S; 0,2–0,3 г/т Au; 5–100 г/т Ag

В сульфидных рудах цинк обычно находится в виде

- сфалерита (ZnS, 67,1% Zn) - основной минерал цинка

– вюртцита (кристаллическая модификация сульфида цинка ZnS, 67,1% Zn).

- марматита (nZnS*m FeS).

Свинец в сульфидных цинковых рудах представлен в виде галенита PbS.

В окисленных зонах месторождений цинксодержащих руд, цинк присутствует в виде следующих минералов: цинкита (ZnO), франклинита (ZnMnO*Fe₂O₃), виллемита (2ZnO*SiO₂), гидроцинкитов (3Zn(OH)₂*2ZnCO₃), смитсонита (ZnCO₃).

Сульфидные руды перед металлургической переработкой успешно подвергаются обогащению флотацией с получением цинкового, свинцового и других концентратов. Селективная флотация полиметаллических руд обеспечивает получение высококачественных цинковых концентратов, которые кроме основных составляющих содержат незначительное количество золота, серебро (75-100г/т), индий, ртуть, галлий, таллий. Таким образом, цинковые концентраты представляют собой комплексное сырье. Отечественные предприятия к настоящему времени освоили извлечение из них 11-17 элементов.

Основным сырьем для производства цинка являются цинковые концентраты (а не окисленные руды), имеющие в среднем следующий химический состав, %: Zn 45-60; Cd 0,1-0,5; Pb 0,1-3,0; Cu 0,2-3,0; Fe 5-13; S 29-35; SiO₂ 0,4-4.

Для извлечения цинка из концентратов применяют два способа:

- пирометаллургический (дистилляционный),

- гидрометаллургический (электролитический).