I. Теоретическая часть

I. Теоретическая часть.
1.1. Распространение цинка в природе. Физические и химические свойства. Происхождение и сплавы
Цинк - символ - Zn. (лат. Zincum), (нем. Zink; термин, встречающийся в трудах ученых, живших в XVI-XVII вв.), давно известный химический элемент, элемент II группы периодической таблицы химических элементов, последовательность номер 30, атомная масса 65,37. Известно 5 стабильных изотопа - Zn64, Zn66, Zn67, Zn68 и Zn70. Среди 9 радиоактивных изотопов наиболее важным является Zn65 (T1/2 = 245 дней). Изотопы Zn72 (Т1/2 = 46,5 ч) и Zn73 (Т1/2 = 2 мин) получают бомбардировкой урана медленными нейтронами. Электронная конфигурация элемента 1s22s22p63s23p64s23d10.
Цинк используется в качестве компонента латуни уже 2000 лет. Исторический способ получения латуни основан на нагревании куска меди с каламином (карбонатом цинка) и древесным углем. Искусство цинкового литья зародилось в Индии, затем перебралось в Китай, а оттуда португальцами было перенесено в Европу. Промышленное производство началось в Европе в 17 веке.
Распространение в природе. Его количество по массе в земной коре составляет 1,5-10-3%. Важные минералы цинкит (красная цинковая руда) ZnO, сфалерит (цинковый чит) ZnS, виллемит Zn2SiO4, каламин H2Zn2SiO4, смитсонит ZnCO3, франклинит ZnFe2O4(Fe, Zn, Mn).
Месторождения стратиформного карбоната металлического цинка (Учкулоч, Сарикон, Кандисайлови, Кульчулак) приурочены к свинцово-цинковым рудным карбонатным породам с характерным для Центрального Тянь-Шаня пласто-рисунком. D2-C1 находится во внутреннем слое и образовался в вулканических условиях.
Очень интересное месторождение цинка обнаружено в Нуротинских хребтах в Учкулочском, Хонабанзитовском хребтах, а также полиметаллических месторождений на юго-западе Гиссара, на руднике Хандиза в Сурхандарьинской области. Основные рудные минералы — галенит, сфалерит-пирит. Вторичные минералы представлены халькопиритом, марказитом, ковеллином, борнихалькозином. Неминералы – барит, кальцит, доломит, иногда кварц, флюорит.
Физические свойства. Цинк — металл с голубовато-серебристым блеском. При хранении на воздухе темнеет из-за образования оксидного слоя, предохраняющего металл от дальнейшего окисления. жидкость = 419,5oC, температура кипения. = 907°С, плотность Zn в твердом состоянии - 7,133 г/см3 (20°С), в жидком - 6,66 г/см3 (419,5°С); 6,59 г/см3 (500°С); 6,50 г/см3 (600°С). шестигранник; г=7,13320? 6,59500 (Дж); 6,40800 (ж); Коп=25,44; So=41,63; ДХо=0; ДГо=0; Цинк ДГ жидкий = 7,24; ДН=115,3; с=780419,5? 778500; 764600; 754670; г=0,01345; 0,1408; 1490; 10596; 100738.
Твердость и другие механические свойства очень сильно зависят от чистоты металла, а также от обработки образца. Все добавки, кроме свинца, повышают твердость цинка. Металлический пластик высокой чистоты, который можно раскатывать в тонкую фольгу и лист.
Металл технической чистоты теряет пластичность на морозе, но при нагревании до температуры 100-250°С пластичность восстанавливается.
Химические свойства. Хотя цинк имеет более высокий отрицательный потенциал по сравнению с железом, цинк подвергается коррозии, когда два металла вступают в контакт с агрессивной средой. Поэтому цинк широко используется при защите сталей, например, по сравнению с оловом (поскольку сталь подвергается коррозии в агрессивной среде при наличии трещины в пленке слоя олова). Слой цинка, стертый до нескольких миллиметров, также защитит сталь. Минерал цинка растворяется в кислотах, скорость растворения увеличивается в ряду: сульфат, хлорид, нитрат.
Чем меньше цинка в редких соединениях, тем медленнее он подвержен коррозии и плавлению. Кроме того, цинк растворим в сильных щелочах и аммиаке.
Цинк не подвергается коррозии под действием сухого воздуха при комнатной температуре, но скорость окисления увеличивается, начиная с температуры 225°С.
Цинковая пыль обычно содержит 80—90 % Zn, 5—15 % ZnO, различное количество Cd, ​​Pb и Fe, в некоторых случаях небольшое количество As, Sb, Cu, SiO2; нитрид цинка Zn3N2 всегда присутствует около 0,4%.‌‌

Цинк подвергается коррозии во влажной атмосфере, в присутствии CO2 или SO2. Сухие F, Cl и Br на холоде не реагируют, но в присутствии паров воды цинк воспламеняется и образует галогениды.

Смесь порошка цинка и серы взрывается при нагревании. Соли цинка могут содержать много двухвалентных металлов (Mg, Mn, Fe, Ni, Cu, Cd).
Доступно. В настоящее время половина производства цинка в мире основана на гидрометаллургических методах, а другая половина - на пирометаллургических.
В обоих случаях процесс обогащения начинается с процесса сжигания. На пирометаллургических заводах сжигание осуществляется путем распыления воздуха в слои обогащения совместно с процессом агломерации для улучшения газопроницаемости.
В гидрометаллургическом производстве максимально избегают образования крупных комков, а процесс ведут в печи с подогревом слоя или в абстрактном состоянии обогащения во взвешенном воздухе. В процессе сжигания выделяется технологический отходящий газ с содержанием 4-6% SO2, который обычно направляют на производство H2SO4. По второй технологии на некоторых предприятиях применяется пирометаллургический процесс, то есть перегонка цинка осуществляется путем нагревания смеси сажевого обогащения и кокса до температуры 1250-1350оС, затем цинк возвращается и испаряется: выпаренный цинк направляется в конденсатор с угарным газом и при его охлаждении образуется жидкий цинк.
В настоящее время все большее распространение в промышленности находят новые процессы - вертикальная реторта, шахтная электропечь, воздушная шахтная печь.
Цинк, полученный перегонкой, сначала направляют на рафинирование (для удаления Pb и Fe), а затем на рафинирование ректификацией для удаления Pb, Cd, Cu, As и других примесей.
После ректификации содержание металла составляет 99,995% Zn. В гидрометаллургическом производстве обогащение обожженного цинка осуществляют селективным плавлением горячего раствора H2SO4 в реакторах или печах с пневматическим и механическим перемешиванием. Сульфатный раствор очищают от Fe и As окислением порошка цинка, а от кобальта - частичным гидролизом ксантогенатом или альфа-нитрозо-бета-нафтолом. Очищенный раствор направляют на электролиз, а цинк переносится на катод по следующей реакции:
ZnSO4+ H2O → Zn+ H2SO4+1/2O2
Рабочая температура составляет 30-36oC, электролит охлаждается для поддержания этой температуры. Очистку цинка в катоде производят один раз в сутки. Катодный цинк переплавляют в индукционных печах, сушат и отливают в металлическую форму. Слиток цинка на 99,99%, отлитый в этом последнем процессе, упаковывается и продается.

Рисунок 1. Технология извлечения цинка в условиях АО «Алмалык КМК»
По этой технологии руды с содержанием спирта 1-3% руды Хандизинского рудника сначала проходят трехступенчатое дробление и измельчение в шаровых мельницах, доизмельчение крупных частиц и отправку мелких во флотомашины для флотации химическими реагентами. .‌‌

Отходы флотации отправляются в специальные отвалы, а флотация отстаивается, конденсируется и после фильтрации направляется на сушку при температуре 300°С. Затем высушенное обогащение (42-45% Zn) направляют на Алмалыкский цинковый завод и обжигают в печи с кипящим слоем при температуре 900-1050°С. Газы и пыль пропускают через процесс их задержания, т.е. циклоны, а очищенные три- и диоксиды серы (SO2 и SO3) направляют на производство серной кислоты. Обожженный продукт очищают от примесей типа Fe, Cu, Cd, As, Sb, Co, S водным раствором серной кислоты. Очищенный раствор (электролит) направляют на электролиз, где цинк в растворе осаждается на катоде. Катодный спирт соскребают с катода на специальном оборудовании, расплавляют в катодно-плавильном отделении при температуре 600°С, а металлический цинк отливают в готовом виде в 20-килограммовые формы. Отходы процесса переработки цинкового кека фильтруют, сушат и перерабатывают в трубчатой ​​вращающейся печи до температуры около 900-1000°С. До 70% спирта и велоксиды извлеченного цинка, оставшиеся в рукавных фильтрах, направляются в процесс селективной плавки.

Сплавы. Применяется для получения сплавов цинка с медью (латунь), с Cu, Sn (бронза), с Ni (мельхиор), с Cu и Ni (нейзильбер), для приготовления подшипниковых сплавов, а также в качестве легирующего элемента, высокопрочных сплавов. известны высокопрочные алюминиевые сплавы