Состав и структура цинка, а также технологии его производства
Цинк очень прочно вошел в нашу жизнь. Порой о его существовании рядом с нами мы не подозреваем. Самовар, водосточная труба, строительные материалы для кровли, детали машин, крепежные метизы: все это изготовлено с применением цинка. В цинке есть одно очень важное качество: он дает изделию антикоррозионные свойства. Именно поэтому указанный химический элемент широко используется в машиностроении, в промышленности (особенно химической) и в строительстве.
Поэтому сегодня мы рассмотрим химический состав цинка, его структуру, а также производство цинка в России и мире.
Содержание
Структура и состав цинка
Разберем цинк как элемент. В периодической системе Менделеева цинку присвоен порядковый номер 30.Только что добытый цинк (не переработанный) содержит в себе стабильные изотопы с массовыми числами 64, 66 и 67 и электроны, которые распределились следующим образом: 2-8-18-2.
В полиметаллических рудах описываемый химический элемент содержится в виде сульфида. Кроме этого, природный цинк имеет следующие примеси: Pb, Cd, Fe, Cu, Ag, Аu, Bi. В зависимости от количественного содержание самого цинкового элемента и примесей, цинк имеет несколько марок. По той же системе Менделеева атомная масса цинка составляет 65,409.
О том, какое оборудование требуется для изготовления цинка, какой вред от него на производстве, мы расскажем ниже.
О составе цинка и его структуре расскажет видео ниже:
Производство металла
Необходимое оборудование
В чистом виде цинка не существует. Его извлекают их других природных пород. К ним относятся полиметаллические сульфидные руды и некоторые минералы: сфалерит, смитсонит, цинкит, смитсонит, гемиморфит, клейофан, каламин, вюрцит, виллемит и другие. Чаще всего из минералов встречается сфалерит.
Если цинк находится в составе смешанных руд, то его спутниками чаще всего являются таллий, кадмий, германий, галлий, индий.
Цинк перерабатывают на промышленных предприятиях. У каждого завода есть свои технологические особенности производства. Поэтому технологическая линия и оборудование могут различаться. На цинковых заводах можно наблюдать следующее оборудование:
- Вертикальные механизированные роторы.
- Шахтные и дуговые электропечи.
- Электролитные роторы.
- Транспортеры.
- Печи для обжига.
- Ванны для электролиза или целые электролизные комплексы.
Расчет сырья
Чистый цинк получают путем переработки сульфидных, цинковых и полиметаллических руд. Количество перерабатываемого цинкосодержащего сырья зависит от способности и мощности завода. Для всех он индивидуален. Поэтому точный расчет необходимого сырья нужно производить в рамках конкретного производства.
Далее рассмотрим технологии, процессы и методы производства цинка, а также изделий из него.
Способы получения
Для выделения цинка, руду обогащают флотационным или гравитационным способом. Итогом такого обогащения является получение цинкового концентрата. Помимо этого получаются побочные продукты медные, пиритные и свинцовые концентраты.
Выделенный цинковый концентрат подвергают обжигу в печи. В результате образуется оксид цинка. Здесь процесс производства делится на два этапа. Образованный сернистый газ идет на переработку сернистой кислоты, а цинк поступает на следующий этап переработки.
Чистый цинк можно подучить следующим способами:
- Первый способ: пирометаллургический (дистилляционный). Суть этого способа производства состоит в следующем: полученный концентрат обжигают, подвергают спекании и восстанавливают с помощью угля или кокса. Образованные пары металла конденсируют и наливают в изложницы.
- Второй способ: электролитический (гидрометаллургический). Суть второго способа заключается в том, что после обжига концентрат подвергают обработке серной кислотой. Полученный раствор очищают от посторонних примесей и подвергают процессу электролиза.
Про пирометаллургический способ получения цинка вы узнаете из видеоролика ниже:
Стадии
Цинк проходит через следующие стадии производства:
- Подготовка сырья к переработке.
- Обжин подготовленного сырья.
- Подготовка в этапу выщелачивание.
- Проведение выщелачивания.
- Чистка раствора от примесей.
- Электролитное осаждение.
- Плавление катодного цинка.
Рассмотрим для примера более подробно последовательность производства цинка на российском предприятии — Челябинском цинковом заводе.
- Получение сырья. На предприятие поставляют сырье (цинковый концентрат) в железнодорожных вагонах. Сырье от различных поставщиков перемешивается (для усреднения общих значений примесей) и отправляется по конвейеру на обжиг.
- Обжиг концентрата. Для термообработки на заводе используются пять печей. При очень высокой температуре концентрат окисляется (880-950ºС). В результате получается два продукта: сернистый газ и цинковый огарок. Сернистый газ подвергают очистки и отправляют для переработки сернистой кислоты. В печи протекают экзотермические реакции, с помощью которых выделенное тепло сохраняется и остается для проведения плавления.
- Получение серы. Полученная в процессе обжига серная кислота утилизируется.
- Выщелачивание. Цинк извлекают в специальный раствор. Однако в жидкость попадает не только цинк, но и различные примеси. Когда необходимая концентрация раствора получена, смесь направляют на очистку. Однако весь цинк выделить не получается. Некоторая часть все же остается в растворе. Поэтому раствор подвергают дополнительной фильтрации. После этого цинк отправляют в вельц-цех. Это печи, форма которых похожа на цилиндр. Они осуществляют вращательные движения. Эту стадию проходят два продукта обжига: огарок и сернистый газ.
- Электролиз цинка. Процедура проходит в электролизном комплексе. Очистка растворов проводится с помощью цинковой пыли. После очистки образуются продукты, которые получили название кеки. Кек в последующем идет на производства кадмия.
- Вальцевание кека. Для того, чтобы выход цинка из кека был максимальным, названное вещество смешивают с коксовой мелочью и нагревают до высокой температуры (1200 С). Весь процесс проходит во вращательной трубчатой печи. Конечными продуктами на этой стадии являются вельц-окись и медистый клинкер. Окись в процессе возгоняется, подвергается охлаждению и улавливанию специальными фильтрами. В последующем вельц-окись идет на выщелачивание, а клинкер отправляют в качестве сырья на медные предприятия.
- Гидрометаллургический процесс. Здесь проходит переработка в растворе серной кислоты. Процесс необходим для получения нескольких ценных элементов: раствора сульфата цинка, цинка технического и свинцового кека, в который входят индиевые сплавы, свинец и индий. Воды от переработки обрабатывают кальцинированной содой, фильтруют с помощью фильтпресса и заново отправляют в технологический процесс.
- Литейный цех. Полученный катодный металлический цинк подвергается плавлению в индукционных печах.
- Разливочный цех. Затем цинк отливается в блоки по 0,5-1,0 т. и слитки по 25 кг. Процесс осуществляется с помощью центробежной литейной машины. Также на заводе имеется установка для производства цинковой пыли, которая стоит во много раз выше самого цинка.
Далее будут рассмотрены производители цинка в России и мире.
Известные производители
К самым крупными странам по производству цинка относят Австралию, Канаду и Китай. Так же эти страны называют самыми крупными экспортерами. Импортом цинка занимается Германия, Тайвань и США.
США также заняло свою заслуженную нишу в производстве цинка. Все дело в том, что на северо-западе Аляски, на расстоянии 100 км от берега чукотского моря расположился самое богатое месторождение цинка — рудник Ред-Дог. Цинковый карьер находится в очень труднодоступном месте. Однако добычу цинковой руды США осуществляет круглогодично. Там же вблизи рудника расположился поселок, где проживает основная масса работников.
Что касается России, то у нас цинк добывают на Урале, а так же в некоторых районах Приморья и Южной Сибири. По сравнению с мировой добычей на долю России остается только 1,7%. Одним из крупнейших производителей в России считается компания ГМК «Дальполиметалл», который расположился в одноименном городе Дальнегорск (Приморский край). По сравнению с другими заводами этот производитель выпускает 15 % (от всей доли) олово-цинковых концентратов.
Существует еще три крупных завода по производству цинка:
- ЧЭЦЗ (Челябинский электролитный цинковый завод). Благодаря автоматизированному комплексу предприятие способно производит цинк высокого качества (около 100%).
- ООО «Электроцинк». Предприятие находится во г. Владиковказ (Северная Осетия). Завод выпускает около 100 000 тонн продукции в год. Однако вся продукция этого предприятия идет преимущественно в зарубежные страны.
- ОАО «Беловский цинковый завод» (Кемеровская область). Предприятие функционирует только на сырье, которое ему поставляют. Собственных месторождений у него нет. На заводе внедрена электротермическая технология, с помощью которого возможно произвести переработку даже низкосортного сырья.
О том, как происходит изготовление цинка на примере ЧЭЦЗ, расскажет данное видео:
И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте, Одноклассниках, Facebook, Google Plus или Twitter.
