Применение цинка в промышленности

Применение цинка

Цинк можно назвать наиболее молодым из всех тяжелых цветных металлов. Примечательно, что вначале XIX в. его производили не более 900 т в год, то на сегодняшний день производство цинка за рубежом превышает 6 млн. тонн в год.
Цинк находится на особом счету среди металлов, которые использует промышленность. В качестве конструкционного материала нелегированный цинк популярностью не пользуется, поскольку имеет недостаточно благоприятный комплекс механических, физических и технологических качеств. Тем не менее, дополнительное легирование цинка разными элементами в значительной степени увеличивает перечисленные свойства и характеристики. По этой причине пятая часть всего цинка (около 20%) используется на приготовление цинковых сплавов, в которых главными легирующими компонентами выступают алюминий и медь. Также использование цинка востребовано и в производстве медного сплава — латуни.

Виды цинка

Согласно документу ГОСТ 3640–94 сегодня производится цинк восьми марок, химический состав которых указан в следующей таблице:

В цинке, который используется для создания сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца не должна превышать 0,004 %.
А в цинке, который используется для проката, массовая доля алюминия не должна превышать 0,005 %.

Цинковое покрытие

Изначально производство цинкового покрытия проводилось методом погружения детали в расплавленный цинк, то есть горячим методом. Этот метод используется и сегодня для крупногабаритных предметов. Чтобы получить тонкое цинковое покрытие применяют процесс электролитического цинкования деталей. Оба этих метода могут быть реализованы исключительно в цеховых условиях.
Чтобы улучшить защитные качества цинковых покрытий и продлить период их эксплуатации поверхность покрытий должна быть дополнительно пассивирована (фосфатирована, хроматирована), промаслена и окрашена. Основываясь на высоких защитных свойствах цинковых покрытий, были разработаны методики их нанесения не в цеху, а прямо на объекте, исключая этап демонтажа изделий.
Довольно распространенными являются цинкполимерные и цинксиликатные материалы, в которых содержится от 80 до 98 % цинка. Ими покрывают защищаемые конструкции при помощи механизмов для распыления лакокрасочных материалов. Такие покрытия отличаются более высокими изолирующими характеристиками, в сравнении с металлическими цинковыми покрытиями, они повышают уровень защиты конструкций от коррозии и дают возможность расширить границы использования цинка и его сплавов.

Применение цинка

От марки цинка зависит область применение цинка. Его используют для:

• цинкования стали
• получения цинковых сплавов
• создания цинковых полуфабрикатов
• получения цинковых соединений.

Почти треть цинкового проката занимают цинковые листы общего предназначения, которые делятся по толщине на четыре группы:

Цинковые листы применяют для создания химических источников тока, оцинкованной посуды и прочего. Цинковые листы являются сырьем для создания печатных форм для ротационных машин в полиграфической промышленности. Цинковые аноды используют в процессе оцинкования продукции гальваническим методом. Много цинковых листов идет на нужды строительства, а именно для изготовления кровельных покрытий, создания труб, сточных желобов.
Однако, наибольшей популярностью цинк пользуется в качестве покрытия для предотвращения коррозии железа и сплавов на его основе, то есть сталей. На это тратится до 50 % всего получаемого промышленностью цинка. Процесс цинкования – это покрытие цинком или его сплавами различных металлических изделий. Этот процесс актуален для защиты от коррозии стальных листов, проволоки, ленты и прочих металлических предметов. Главная область использования оцинкованных листов – это строительство.
Цинковые сплавы применяются для получения высокоточных деталей стабильного качества, имеющих тонкий рельеф. С переходом на производство из цинкового литья вентильных деталей газовой горелки, создаваемых ранее из латуни, было зафиксировано снижение цены изделий в 6 раз.
Чистый металлический цинк применяют для проведения восстановительных реакций благородных металлов, которые получают методом подземного выщелачивания. К таким металлам относят золото и серебро. Также цинк применяют для извлечения серебра, золота (и прочих металлов) из чернового свинца. Таким образом, получают интерметаллиды цинка с серебром и золотом, другое название «серебристая пена». Далее эти соединения обрабатывают обычными методами аффинажа.
Применение цинка в медицине обусловлено антисептическими и противовоспалительными свойствами окиси цинка. Также цинк известен своими антигрибковыми качествами, вследствие чего применяется в косметологии.

Автомобильная промышленность

Крупнейшим потребителем оцинкованной стали можно назвать автомобильную промышленность. Достоинство использования оцинкованных листов для автомобилестроения заключаются в создании благоприятных условий для комплексной защиты стали от коррозии при покрытии металла слоем краски. Цинковое покрытие является идеальной основой под покраску, поскольку формирующийся в местах пор основной карбонат цинка по объему не отличается от цинка и, следовательно, не приводится к разрушению слоя краски. Из оцинкованных листов делают:

• днища
• бензобаки
• крышки багажников
• надколесные кожухи
• двери
• глушители и многое другое.

Окись цинка довольно востребована в производстве резины. Она повышает качество резиновых шин и многих других резиновых изделий.
Из литейных цинковых сплавов создают отливки корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, а также разнообразных декоративных комплектующих.
Несколько соединений цинка являются красками, к примеру, окись цинка или цинковые белила, литопон (смесь сульфата бария и сульфида цинка). Краска, которую делают из сульфида цинка, является наилучшей для нанесения на космические корабли, поскольку она отличается самыми высокими отражательными показателями.

Цинк: производство и применение

Цинк – это металл, стоящий в таблице Менделеева, под номером 30 и имеет обозначение Zn. Плавится при температуре 419 °С градусов, если же температура кипения 913 °С – начинает превращаться в пар. При температурном обычном режиме, состояние хрупкое, а при ста градусах начинает гнуться.

Цвет цинка сине-белый. При воздействии кислорода появляется окисление, а также покрытие карбоната, предохраняющего металл от дальнейшей реакции окисления. Появление на цинке гидроокиси обозначает то, что вода на химический элемент не действует.

Цинк — химический элемент, имеет свои отличительные свойства, преимущества и недостатки. Он широко применяется в повседневной жизни человека, в фармацевтике и металлургии.

Особенности цинка

Металл является необходимым и широко применяемым практически во всех отраслях повседневной жизни человека.

Добыча в основном, производится в Иране, Казахстане, Австралии, Боливии. В России изготовителем является ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Это переходной металл, имеет степень окисления +2, радиоактивный изотоп, период полураспада 244 дня.

Водный арсенат кадмия, цинка и меди

В чистом виде элемент не добывается. Содержится в рудах и минералах: клейофане, марматите, вюртците, цинките. Обязательно присутствует в сплаве с алюминием, медью, оловом, никелем.

Химические, физические свойства и характеристики цинка

Цинк – металл, обладает рядом свойств и характеристик, отличающих его от иных элементов периодической таблицы.

К физическим свойствам цинка относится его состояние. Основным фактором выступает температурный режим. Если при комнатной температуре это хрупкий материал, плотность цинка 7130 кг/м 3 (˃ плотности стали), который практически не гнётся, то при повышении он легко изгибается и прокатывается в листах на заводах. Если взять более высокий температурный режим – материал приобретает жидкое состояние, а если еще поднять температуру на 400-450 °С градусов, тогда он просто испарится. В этом уникальность – менять своё состояние. Если же подействовать кислотами и щелочами, он может рассыпаться, взорваться, расплавиться.

Цинк в жидком состоянии

Формула цинка Zn – zincum. Атомная масса цинка 65.382 а.е.м.

Электронная формула: ядро атома металла содержит 30 протон, 35 нейтрон. В атоме 4 энергетических уровня – 30 электронов. (рис. строение атома цинка)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .

Кристаллическая решётка цинка – шестиугольная кристаллическая система с плотно прижатыми атомами. Данные решётки: A=2.66У, С=4.94.

Структура и состав цинка

Добытый и не переработанный материал имеет изотопы 64, 66, 67, электроны 2-8-18-2.

По применению среди всех элементов периодической таблицы металл стоит на 23 месте. В природе элемент выступает в виде сульфида с примесями свинца Pb, кадмия Cd, железа Fe, меди Cu, серебра Ag.

В зависимости от того, какое количество примесей, металл имеет маркировку.

Производство цинка

Как было сказано выше, чистого вида данного элемента в природе нет. Он добывается из иных пород, таких как руда – кадмий, галлий, минералы – сфалерит.

Металл получают на заводе. Каждый завод имеет свои отличительные особенности производства, поэтому оборудование для получения чистого материала различно. Оно может быть таким:

• Роторы, расположенные вертикально, электролитные.
• Специальные печи с достаточно высокой температурой для обжига, а также специальные электропечи.
• Транспортёры и ванны для электролиза.

В зависимости от принимаемого метода добычи металла, задействовано соответствующее оборудование.

Получение чистого цинка

Как упоминалось выше – в природе чистого вида нет. В основном добыча производится из руд, в которых он идет с различными элементами.

Для получения чистого материала задействован специальный флотационный процесс с избирательностью (селективностью). После проведения процесса руда распадается на элементы: цинк, свинец, медь и так далее.

Добытый таким методом чистый металл обжигается в специальной печи. Там при определенных температурах сульфидное состояние материала переходит в оксидное. При обжиге выделяется газ с содержанием серы, направляемый для получения серной кислоты.

Есть 2 способа получения металла:

1. Пирометаллургический – идет процесс обжигания, после — полученная масса восстанавливается с помощью чёрного угля и кокса. Конечным процессом является отстаивание.
2. Электролитический – добытая масса обрабатывается серной кислотой. Полученный раствор подвергают электролизу, при этом металл оседает, его плавят в печах.

Выплавка цинка в печи

Температура плавления цинка в печи 419-480 °С градусов. Если же температурный режим превышен, тогда материал начинает испаряться. При данной температуре допускается примесь железа 0.05%.

При процентной ставке 0.2 железа, лист невозможно будет прокатать.

Применяются различные способы выплавки чистого металла, вплоть до получения цинковых паров, которые направляются в специальные резервуары и там вещество опадает вниз.

Применение металла

Свойства цинка позволяют его применение во многих сферах. В процентном соотношении:

1. Цинкование – до 60%.
2. Медицина – 10%.
3. Различные сплавы, содержащие данный металл 10%.
4. Выпуск шин 10%.
5. Производство красок – 10%.

А также применение цинка необходимо для восстановления таких металлов, как золото, серебро, платина.

Цинк в металлургии

Металлургическая промышленность задействует данный элемент периодической таблицы как основной для достижения определенных целей. Выплавка чугуна, стали является главной во всей металлургии страны. Но, данные металлы подвержены негативному влиянию окружающей среды. Без определенной обработки идет быстрое окисление металлов, что приводит к их порче. Наилучшей защитой служит оцинкование.

Нанесение защитной плёнки на чугун и сталь является лучшим средством от коррозии. На оцинкование уходит около 40% всего производства чистого материала.

Способы оцинкования

Металлургические заводы отличительны не только своим оборудованием, но и применяемыми методами производства. Это зависит от ценовой политики, и месторасположения (природных ресурсов, используемых для металлургической промышленности). Есть несколько методов оцинкования, которые рассматриваются ниже.

Горячий способ оцинкования

Данный способ заключается в обмакивании металлической детали в жидком растворе. Происходит это так:

1. Деталь или изделие обезжиривается, очищается, промывается и сушится.
2. Далее, цинк расплавляется до жидкого состояния при температуре до 480 °С.
3. В жидкий раствор опускается подготовленное изделие. При этом оно хорошо смачивается в растворе и образуется покрытие толщиной до 450 мкм. Это является 100% защитой от воздействия внешних факторов на изделие (влага, прямые солнечные лучи, вода с химическими примесями).

Горячее цинкование металлоконструкций

Но, данный метод имеет ряд недостатков:

• Цинковая пленка на изделии получается неравномерного слоя.
• Нельзя использовать данный метод для деталей, отвечающих точным стандартам по ГОСТу. Где каждый миллиметр считается браком.
• После горячего оцинкования, не каждая деталь останется прочной и износостойкой, поскольку после прохождения высокой температуры появляется хрупкость.

А также данный метод не подходит для изделий, покрытых лакокрасочными материалами.

Холодное оцинкование

Этот метод носит 2 названия: гальванический и электролитический. Методика покрытия изделия защитой от коррозии такова:

1. Металлическая деталь, изделие подготавливается (обезжиривается, очищается).
2. После этого проводится «метод окрашивания» — применяется специальный состав, имеющий главный компонент – цинк.
3. Деталь покрывается данным составом методом распыления.

Благодаря этому методу защитой покрываются детали с точным допуском, изделия, покрытые лакокрасочными материалами. Повышается стойкость к внешним факторам, приводящим к коррозии.

Недостатки данного метода: тонкий защитный слой – до 35 мкм. Это приводит к меньшей защите и небольшим срокам защиты.

Термодиффузионный способ

Данный метод делает покрытие, которое является электродом с положительной полярностью, в то время как металл изделия (сталь) становится отрицательной полярности. Появляется электрохимический защитный слой.

Метод применим только в случае, если детали произведены из углеродистой стали, чугуна, стали с примесями. Цинк используется таким образом:

1. При температуре от 290 °С до 450 °С в порошковой среде, поверхность детали насыщается Zn. Здесь маркировка стали, а также тип изделия имеют значение – выбирается соответствующая температура.
2. Толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
3. В закрытый резервуар помещается изделие из стали, чугуна.
4. Добавляется туда специальная смесь.
5. Последним шагом является специальная обработка изделия от появления белых высолов от солёной воды.

В основном данным методом пользуются в случае, если требуется покрыть детали, имеющие сложную форму: резьбу, мелкие штрихи. Образование равномерного защитного слоя является важным, поскольку данные детали претерпевают множественное воздействие внешней агрессивной среды (постоянная влага).

Данный метод дает самый большой процент защиты изделия от коррозии. Оцинкованное напыление является износостойким и практически нестираемым, что очень важно для деталей, которые время о времени крутятся и разбираются.

Иные сферы применения цинка

Помимо оцинкования, металл применяется и в других сферах промышленности.

1. Цинковые листы. Для производства листа выполняется прокатка, в которой важна пластичность. Это зависит от температурного режима. Температура в 25 °С дает пластичность только в одной плоскости, что создает определенные свойства металла. Тут главное для чего изготавливается лист. Чем выше температура, тем тоньше получается металл. В зависимости от этого идет маркировка изделия Ц1, Ц2, Ц3. После этого из листов создаются различные изделия для автомобилей, профиля для строительства и ремонта, для полиграфии и так далее.
2. Цинковые сплавы. Для улучшенных свойств металлических изделий, добавляется цинк. Данные сплавы создаются при высоких температурах в специальных печах. Чаще всего производятся сплавы из меди, алюминия. Данные сплавы применяются для производства подшипников, различных втулок, которые применимы в машиностроении, судостроении и авиации.

В домашнем обиходе оцинкованное ведро, корыто, листы на крыше – это норма. Применяется цинк, а не хром или никель. И дело не только в том, что оцинкование дешевле, чем покрытие другими материалами. Это наиболее надёжный и продолжительный по службе эксплуатации защитный материал нежели, хром или другие применяемые материалы.

В итоге – цинк наиболее распространенный металл, применяемый широко в металлургии. В машиностроении, строительстве, медицине – материал применим не только как защита от коррозии, но и для увеличения прочности, продолжительного срока эксплуатации. В частных домах оцинкованные листы защищают крышу от осадков, в зданиях выравниваются стены и потолки гипсокартонными листами на основе оцинкованных профилей.

Практически у каждой хозяйки в доме есть оцинкованное ведро, корыто, которым она пользуется длительное время.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Применение цинка в промышленности

Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа. Рентгенофлуоресцентный анализ в этом производстве очень важен, поскольку он относится к нерзрушающим видам анализа.

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций). РФА анализ позволяет не только определить элементный состав, но и толщину напыления цинка на поверхности деталей.

Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дм?, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи), ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550—650 Вт·ч/дм?), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт·ч/кг, 410—570 Вт·ч/дм?), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дм?), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др.

Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, которые отличаются весьма высокой удельной энергоёмкостью. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.

Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.

Цинк — важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, -5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры. цинкование металлический промышленный концентрат

Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров временного действия и разного рода люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия, также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

На разные применения цинка приходится:

медицина (оксид цинка как антисептик) — 10 %

производство сплавов — 10 %

производство резиновых шин — 10 %

масляные краски — 10 %

Рисунок 1. Динамика добычи цинка и прироста его разведанных запасов в 2003-2012 гг., тыс.т.

Рисунок 2. Динамика движения запасов цинка в 2003-2012 гг., млн. т.

Выплавка и очистка. Выплавка и очистка выполняются двумя главными способами — термическим и электролитическим. В любом случае первой стадией процесса является обжиг измельченной и обогащенной сульфидной руды в печах с кипящим слоем, в результате которого образуется оксид цинка и выделяется сернистый газ 2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2 С помощью электролитического и термического методов получают примерно половину всего производимого цинка.

Термический метод. По термическому методу концентрат оксида цинка, остающийся после обжига руды, часто смешивают с порошкообразным углем в цилиндрических ретортах, изготовленных из огнеупорной глины, которые вводят в печь в горизонтальном положении. Для восстановления цинка углем из оксида требуется температура от 1200 до 1300° С, а поскольку температура кипения металлического цинка составляет 907° С, он испаряется сразу же после восстановления ZnO + C -> Zn + CO. Этот метод, усовершенствованный позднее, применяли с первых лет коммерческого производства цинка; он известен под названием «процесс в горизонтальных ретортах». Альтернативный термический процесс был разработан так, чтобы обеспечить непрерывную подачу материала сверху в вертикальную реторту, изготовленную из карборунда; продукт реакции отводится со дна реторты. Этот процесс, названный процессом в вертикальной реторте, был разработан фирмой «Нью-Джерси цинк компани» в конце 1920-х годов. Посредством фракционной дистилляции цинка, произведенного таким способом, получают металл чистотой 99,99%. Процесс в вертикальной реторте высокоэффективен и обеспечивает большую производительность, чем процесс в горизонтальной реторте. В некоторых печах сернистый газ улавливается для производства побочного продукта — серной кислоты; из печей другого типа, расположенных главным образом в малонаселенных безлесных областях, он выбрасывается в атмосферу.

Электролитический метод. Электролитический метод выплавки и очистки цинка запущен в производство в штате Монтана и Канаде в период Первой мировой войны. В этом процессе обожженный цинковый концентрат обрабатывают серной кислотой, чтобы перевести окись цинка в сульфатный раствор. Присутствующие в концентрате примеси тоже растворяются и должны быть удалены из раствора до его электролиза. Цинк, получаемый электролитическим методом, имеет высокую степень чистоты.

Цинк металл. Свойства, добыча и применение цинка

Свойства и происхождение цинка

Практически половина добываемого цинка уходит на покрытие других металлов. В первую очередь, это сталь и чугун .

Без «защиты» их съедает коррозия. Спасает именно цинк. Бело -голубой металл наносят на основу тонкой пленкой.

На слуху прилагательное «оцинкованный». Его часто подставляют к словам: — ведра, покрытия для крыш, проволока. В таблице химических элементов цинк находится перед железом .

Это значит, что он более активен, то есть первым вступает в реакции с воздухом.

Коррозия, как известно, вызывается именно соприкосновением влаги из атмосферы с металлом.

Металл цинк первый берет на себя удар, спасая металл, расположенный под ним. Поэтому, ведра именно оцинковывают, а не никелируют , покрывают кобальтом или оловом .

Эти элементы в таблице Менделеева расположены после железа. Они дождутся, пока этот металл разрушится и, уже потом начнут распадаться сами.

Атомный номер цинка – 30. Это цифра 2-ой группы 4-го периода таблицы химических веществ. Обозначение металла – Zn.

Он составная часть горных руд, минералов, переносится водой и, даже содержится в живых тканях.

Так, к примеру, металл активно накапливают некоторые разновидности фиалок. Но, выделить чистый цинк удалось лишь в 18-ом столетии.

Сделал это немец Андреас Сигизмунд Маргграф. Он прокалил смесь оксида цинка с углем .

Опыт удался, потому что проводился без доступа воздуха, то есть кислорода. Резервуаром для реакции стал огнеупорный сосуд из глины .

Полученные металлические пары химик поместил в холодильник. Под воздействием низких температур частицы цинка осели на его стенки.

Месторождения и добыча цинка

Теперь же каждый год в мире добывают около 10-ти миллионов тонн голубоватого металла в чистом виде. Его содержание в земной коре 6-9%.

Проценты эти распределили между собой 50 стран. В лидерах Перу, США, Канада, Узбекистан, Россия , но больше всего месторождений цинка в Австралии и Китае .

На каждую из этих стран приходится примерно 3 десятка миллионов тонн металла с порядковым номером 30.

Однако, в будущем на первое место в рейтинге может встать океан. Основные запасы цинка сосредоточенны в его водах, на его дне.

Разрабатывать, правда, морское месторождение еще не научились. Технологии есть, но они слишком дорогостоящие.

Поэтому практически 3 миллиона тонн цинка так и лежат на дне Красного моря, не говоря уже о запасах Карибского бассейна и Срединно-Атлантического хребта.

Применение цинка

Цинк нужен ювелирам . Металл добавляют в сплавы на основе золота . Минимальные дозы цинка делают их тягучими, легко поддающимися ковке , послушными в руках мастера.

30-ый элемент также осветляет изделие, поэтому часто используется для создания, так называемого, белого золота .

Однако, с цинком главное не переборщить. Даже 3 десятых содержания металла в сплаве сделает украшение непрочным, хрупким.

Снижает белый металл и температуру плавления сплава. Соединения меди с цинком, открытые, еще в древнем Египте, применяют в производстве бижутерии . Сплав дешевый, легко поддается обработке, привлекательно выглядит.

Из-за невысокой температуры плавления цинк стал «героем» микросхем и всевозможных припоев .

Он, как и олово, легко и прочно соединяет мелкие детали между собой. При низких температурах металл хрупок, но уже при 100-150 градусах становится тягучим, податливым.

Этим физическим свойством цинка и пользуются промышленники и мастера кустарного производства.

Интересно, что при еще большем накале, к примеру, до 500-та градусов, элемент снова превращается в ломкий и ненадежный.

Низкая планка плавления финансово выгодна промышленникам. Топлива надо меньше, переплачивать за дорогостоящее оборудование нет необходимости.

Экономят и на обработке полученных «отливок» из цинка. Их поверхность зачастую даже не требует дополнительной полировки.

Металл активно используют в автомобильной отрасли. Сплавы на основе цинка идут на ручки дверей, кронштейны, декор салона, замки, оформление зеркал, корпуса стеклоочистителей.

В автомобильном сплаве цинка высок процент алюминия . Последний, делает соединение более износостойким и прочным.

Окись цинка добавляют в автомобильные покрышки. Без нее резина получается низкого качества.

Ведущую роль в экономике многих стран играют чугун и латунь . Их производство немыслимо без цинка. В латуни его от 30-ти до 50-ти процентов (в зависимости от разновидности сплава).

Латунь идет не только на дверные ручки. Из нее изготавливают и посуду, оправы для магнитов , смесителей и высокотехнического оборудования для заводов разных профилей.

Широко используют и цинковые листы. Они – основа печатных форм в полиграфии.

Листы идут на изготовление источников тока, труб, покрытий для крыш и желобов для сточных вод.

Цинк – составная часть многих красителей. Так, окись цинка используют как белую краску. Кстати, именно такое покрытие используют в космонавтике.

Для ракет, спутников необходимы красители отражающие свет, а это лучше всего делают составы на основе цинка.

Он незаменим и в деле борьбы с радиацией. Под ее лучами сульфид металла вспыхивает, выдавая присутствие опасных частиц.

Позарились на элемент цинк и фармацевты. Цинк – антисептик. Его добавляют в мази для новорожденных, заживляющие составы.

Более того, некоторые медики уверены, что цинк, вернее, его недостаток, вызывает шизофрению.

Поэтому, заклинают врачи, обязательно надо употреблять продукты, содержащие металл.

Больше всего цинка в морепродуктах. Не зря же залежи металла хранятся в океанских глубинах.

Применение цинка и его сплавов

Цинк — самый молодой из тяжелых цветных металлов, и если в начале XIX в. его производство не превышало 900 т в год, то в настоящее время производство цинка только в зарубежных странах составляет около 6 млн. т в год.

Цинк занимает особое место среди металлов, применяемых в промышленности. Как конструкционный материал нелегированный цинк не нашел широкого применения, так как обладает недостаточно благоприятным комплексом механических, физических и технологических свойств. Однако дополнительное легирование цинка различными элементами существенно повышает вышеуказанные свойства и характеристики. Поэтому значительная часть цинка (до 20%) идет на приготовление цинковых сплавов, в которых основными легирующими компонентами являются алюминий и медь; широко используется цинк и для производства медных сплавов (латуни).

В зависимости от марки цинк используют для цинкования стали, получения цинковых сплавов, изготовления цинковых полуфабрикатов, а также для получения цинковых соединений.

Примерно 30% цинкового проката составляют цинковые листы общего назначения, которые подразделяются по толщине на четыре группы: 0,15-0,4 мм; 0,5-0,9 мм; 1,0-1,2 мм; 1,5 мм и более. Цинковые листы используют при изготовлении химических источников тока, оцинкованной посуды и др. Из цинковых листов изготавливают печатные формы к ротационным машинам в полиграфической промышленности. Цинковые аноды применяют для оцинкования деталей гальваническим способом. Большое количество цинковых листов расходуется в строительстве на кровельные покрытия, на изготовление труб, сточных желобов.

Наиболее широкое распространение цинк получил в качестве покрытия для предотвращения коррозии железа и сплавов на его основе (сталей). Для этой цели расходуется до 50 % получаемого промышленностью цинка. Цинкование — нанесение цинка или его сплавов на поверхность металлического изделия — применяется для защиты от коррозии стальных листов, проволоки, ленты, крепежных деталей, деталей машин и приборов, арматуры и трубопроводов.

Первоначально цинковое покрытие получали методом погружения детали в расплавленный цинк, так называемым горячим методом, который для крупногабаритных изделий, например трубопроводов, не потерял своего значения и в настоящее время. Для получения тонких цинковых покрытий чаще всего применяют электролитическое цинкование деталей. Оба рассмотренных метода выполнимы только в цеховых условиях. Для улучшения защитных свойств цинковых покрытий и продления срока их службы поверхность покрытий дополнительно пассивируют (фосфатируют, хроматируют), промасливают или окрашивают. На основании высоких защитных свойств цинковых покрытий были проделаны работы, направленные на создание способов их нанесения не в цеховых условиях, а на объекте без демонтажа изделий. Были созданы газотермические и другие способы напыления. Но хотя их применение позволило резко улучшить свойства покрытий, проблема упрощения нанесения покрытий оставалась не до конца разрешенной в условиях эксплуатации металлоконструкций и изделий. В связи с этим представляло интерес создание способов нанесения цинковых покрытий, по своей простоте и доступности не отличающихся от способов нанесения лакокрасочных материалов.

Были разработаны и получили достаточно широкое распространение цинкполимерные и цинксиликатные материалы, содержание цинка в которых составляет от 80 до 98 %. Такие цинксодержащие материалы наносят на защищаемые конструкции с помощью установок для распыления лакокрасочных материалов. Получаемые покрытия обладают более высокими изолирующими свойствами, чем металлические цинковые покрытия, повышают надежность защиты конструкций от коррозии и позволяют расширить области применения цинка и его сплавов для неконструкционных целей. Следует отметить, что цинкнаполненные покрытия могут служить для восстановления нарушенных участков металлических покрытий непосредственно на металлоконструкциях и изделиях без их демонтажа.

Цинковые покрытия получили широкое применение для различных металлоконструкций и изделий, эксплуатирующихся при коррозионном воздействии природных сред — атмосферы, морской, речной, озерной, пластовой, подтоварной воды, грунта, а также нейтральных и слабощелочных водных растворов. В зависимости от свойств коррозионной среды и состава металлических покрытий или осуществляется защита от коррозии путем изоляции поверхности, или проявляется протекторное действие покрытий при их нарушении. Цинкнаполненные покрытия позволили распространить применение цинка для крупногабаритных конструкций, например стационарных морских сооружений, танков и цистерн судов, плавучих и стационарных морских платформ, строительных сооружений, протяженных трубопроводов и коммуникаций и многих других металлоконструкций и изделий.

Одной из основных отраслей, потребляющих оцинкованный лист, является строительная индустрия: на нужды строительства расходуется до 65 % всего оцинкованного металла. Крупным потребителем оцинкованной стали является автомобильная промышленность. Преимущество применения оцинкованных листов в автомобильной и других отраслях промышленности в том, что создаются благоприятные условия для комплексной защиты стали от коррозии при наложении на металлическое покрытие слоя краски. Цинковое покрытие-идеальная основа под покраску, так как образующийся в местах пор основной карбонат цинка по объему мало отличается от цинка и поэтому не вызывает разрушения слоя краски.

На автомобильных заводах из оцинкованных полос и листов изготавливают днища, бензобаки, крышки багажников, надколесные кожухи, двери, глушители и др.

Потребление оцинкованных листов на душу населения составило в 1960 г.: в США 15,6 кг, в Японии 7,7 кг, в Англии 4,0 кг, по Франции 3,2 кг, в ФРГ 2,3 кг. К 1985 г. потребление продукции этого вида должно возрасти более чем в 3 раза.

Широкое применение находит цинк в виде разнообразных соединений. Некоторые соединения цинка служат красками, например окись цинка (цинковые белила), литопон (смесь сульфата бария и сульфида цинка). Краска, приготовленная из сульфида цинка, оказалась наилучшей для покрытия космических кораблей, так как она обладает наилучшими отражательными свойствами. Очень важным свойством обладает сульфид цинка, вспыхивающий под действием а-, в- и у-лучей, что позволяет использовать его для обнаружения всех типов радиации. Сульфид цинка, легированный медью и серебром, обладает люминесцентными свойствами и в смеси с сульфидом кадмия широко применяется для изготовления телевизионных трубок и экранов.

Сульфат и хлорид цинка применяют в медицине в качестве антисептических средств. Безводный хлорид цинка часто используют как дегидратирующее средство при проведении разнообразных реакций конденсации в органической химии; его широко используют в производстве органических красителей, ситцепечатании, для пропитки древесины. Двойную соль — аммонийцинкхлорид (NH₄)₂ZnCl₂ -используют для паяльных целей. Окись цинка широко используют при производстве резины. Она улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий.

В США в последние годы цинк находит широкое применение в качестве покрытия стартовых конструкций для запуска ракет. Огромное количество тепла, выделяющегося при сгорании топлива в ракете, частично поглощается при испарении цинкового покрытия, чем предохраняются от разрушения металлические части стартовых конструкций. Цинк употребляют в так называемых стабилизирующих устройствах, которые корректируют отклонения спутников при движении в космосе. Цинковые соединения широко используют в качестве источников энергии в космических кораблях (цинк-серебряные оксидные батареи).

В последнее время цинк получил заслуженное признание как основа протекторного материала, используемого в системах электрохимической защиты корпусных конструкций судов, нефтяных резервуаров, судовых систем, аппаратов и других металлоконструкций.

Основное назначение цинка — получение цинковых сплавов, цинковые сплавы в литейном производстве широко используются для изготовления отливок методом литья под давлением.

Цинковые сплавы плавят в пламенных и электрических тигельных печах и индукционных печах промышленной частоты с железным сердечником. Шихту готовят из свежих металлов, переплава отходов (до 60-70%) известного химического состава и лигатур (алюминий — медь, алюминий — магний и медь — алюминий).

Плавка цинковых сплавов производится в следующей последовательности: в разогретую до 400° С печь загружают переплав отходов, лигатуры, цинк и засыпают хорошо прокаленный древесный уголь. После расплавления тщательно перемешивают металл и при необходимости загружают оставшуюся часть цинка. Температура во время плавки не должна превышать 480° С. После полного расплавления металл вновь перемешивают и разливают в изложницы при температуре 400-460° С.

Наряду с известными областями и масштабами использования нелегированного цинка сплавы на основе цинка также находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства в качестве как конструкционного материала, так и неконструкционного.

В качестве конструкционного материала цинковые сплавы главным образом применяются: в приборостроении, в полиграфической промышленности, в авиационной промышленности, в автомобильной промышленности, в судостроении, для изготовления предметов домашнего обихода.

В качестве неконструкционного материала цинковые сплавы применяются: для литья анодов-протекторов, для изготовления припоев в производстве подшипников и гальванических элементов, как покрытия стальных листов.

Изделия, полученные различными способами литья и деформации, широко применяются в приборостроении, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Успешное использование цинковых сплавов для конструкционных и неконструкционных целей обусловлено их физико-химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами. Так, низкая температура плавления и высокие литейные свойства цинковых сплавов позволяют при литье под давлением и в кокиль получать отливки высокой прочности с поверхностью хорошего качества, практически не требующей дополнительной обработки. Благодаря указанным свойствам доля отливок из цинковых сплавов в общем объеме отливок, получаемых литьем под давлением, достаточно высока. Например, в автомобилестроении литейные цинковые сплавы применяют для отливок корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, различных декоративных деталей и т.п.

Цинковые сплавы также используют для отливки деталей стиральных машин, пылесосов, оборудования для кухни, конторских машин, корпусов электрических часов, печатных машин, кассовых аппаратов, смесителей для приготовления напитков и т.п. Для защиты от коррозии на поверхность цинковых отливок наносят защитные покрытия (краски, эмали, пластмассы). Хорошим защитным эффектом обладают электролитические покрытия медью, никелем и хромом. Полуфабрикаты из деформируемых цинковых сплавов достаточно легко подвергаются прессованию, прокатке и штамповке.

Цинковые полированные листы используют в полиграфической промышленности для изготовления печатных форм (клише) путем однократного травления.

В работе отмечается, что использование цинк-алюминиевых сплавов в производстве более выгодно экономически, чем алюминиевых сплавов и латуней. Указанные сплавы, имея высокую твердость, нашли широкое применение для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа. В связи с тем что сплавы не дают искрения, их можно использовать в огнеопасных производствах (шкивы, звездочки в шахтных подъемниках и т.п.). Кроме того, сплавы можно применять на производствах, где имеются пары бензина, т.е. с повышенной пожароопасностью. Эти сплавы могут работать также в подшипниках, заменяя латунь и бронзу.

В работе приводятся данные об использовании цинковых сплавов для получения высокоточных деталей стабильного качества с тонким рельефом. При переходе на изготовление из цинкового литья вентильных деталей газовой горелки, которые ранее вытачивались из латуни, произошло понижение стоимости изделий в 6 раз. Здесь же отмечается, что применение цинковых отливок для изделий радиопромышленности взамен пластмассовых деталей обеспечивает лучшее качество резьбы, повышает прочность и жесткость изделий, а также дает возможность заземлять изделия в радиоаппаратуре.

Цинковые сплавы успешно заменяют сплавы из литейного и ковкого чугуна, бронзы и некоторых алюминиевых сплавов.

Особое место занимают цинковые протекторные сплавы. В настоящее время они являются незаменимыми для целого ряда сложных и дорогостоящих конструкций практически во все развитых странах. Благодаря своим отличительным свойствам, которых не имеют другие протекторные материалы (сплавы на основе магния, алюминия, марганца), цинковые протекторные сплавы применяются в качестве протекторов для защиты от коррозии в морской, подтоварной, пластовой и других природных средах внутренней поверхности взрыво-пожароопасных помещений — танкеров и цистерн нефтеналивных судов, топливно-балластных цистерн судов всех назначений, нефте-резервуаров, судовых трубопроводов и систем, магистральных подземных нефтяных и газовых трубопроводов, ограниченных объемов и полостей, различных герметичных объемов, где не допускается накопление водорода, и других конструкций.

При многообразии условий эксплуатации протекторов электрохимические характеристики цинковых сплавов определяются величиной анодной плотности тока (рис.41), причем в подавляющем большинстве случаев рабочие режимы составляют 1-4 А/м 2 (заштрихованные области на рис. 41), при которых сплавы имеют высокие и стабильные значения потенциала и токоотдачи.

Независимо от закономерностей изменения свойств цинковых сплавов (см. рис. 41) для практического их применения нужны конструкции протекторов с заданным сроком службы и необходимой зоной защитного действия. Этих данных достаточно для проектирования и осуществления протекторной защиты. Вопросы эти имеют самостоятельное значение и достаточно хорошо освещены в литературе. Поэтому представляют интерес только данные, необходимые для грамотного применения протекторов из цинковых сплавов.

Несмотря на имеющуюся тенденцию к снижению выпуска отливок из цинковых сплавов, в дальнейшем прогнозируется рост их выпуска вследствие преимуществ этих сплавов при получении особо тонкостенных отливок и возможности нанесения хороших гальванических покрытий.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.08.15

Применение цинка и цинкосодержащего покрытия в строительстве

В сфере строительства цинк нашел свое широкое применение. Сегодня мы уже ее не можем себе представить как раньше могли обходиться без применения цинка. Оцинкованные материалы служат намного дольше, чем не оцинкованные. При этом на них не влияет агрессивная окружающая среда и такие материалы не подвержены коррозии.

Рассмотрим далее более подробно сферы применения цинка, его окиси и свойства металла.

Области применения цинка

Цинку выделяется отдельное место среди многих металлов промышленности. Он относится к числу молодых металлов.

Производить его стали в начале XIX века. Тогда объем производства составлял не более 900 тонн в год. Сегодня крупнейшими производителями цинка являются зарубежные страны (США, Канада, Австралия), на долю которых приходится 60 млн. тонн в год.

Итак, каково же применение цинка в промышленности?

О применении цинка расскажет это видео:

Основные сферы

Основными сферами применения цинка являются:

1. Производство оцинкованной стали. Этой сфере соответствует половина (50%) от всего объема использования цинка.
2. Изготовление бронзы и латуни. На эту сферу приходится примерно 20-25%.
3. Изготовление сплавов на основе цинка.
4. Производство химикатов. Самая маленькая по своему объему сфера расходования (всего 10%).

В случае легирования, вышеперечисленные свойства существенно улучшаются. Поэтому очень часто цинк используют во время изготовления сплавов на основе алюминия, меди, свинца и латуни.

У цинка есть несколько марок. В зависимости от них металл может использоваться:

• Для оцинковки стали.
• Для изготовления цинковых сплавов.
• Для производства полуфабрикатов из цинка.
• Для изготовления цинковых соединений.

Продукция из металла

• Наиболее востребованными в строительстве и промышленности являются цинковые листы. Они бывают разными по толщине. Толщина самого тонкого листа может составлять 0,15 мм, а самого толстого – 1,5 мм и более.
  • Цинковые листы часто используются при производстве оцинкованной посуды, сточных желобов и обычных труб.
  • А так же цинковые листы хорошо применяют для изготовления печатных форм для типографии, для изготовления химических источников тока и кровельного покрытия.
• Кроме этого, наиболее широкое распространение получили цинксиликатные и цинкполимерные материалы. Содержание цинка в них может достигать 98%. Эти материалы наносятся на строительные конструкции с помощью специальных установок лакокрасочного покрытия. В результате получается очень прочное покрытие с отличными изолирующими характеристиками.
• Особое распространение цинковое покрытие получило у изделий, которые в дальнейшим должны эксплуатироваться в условиях агрессивной среды. То есть покрытие цинком с успехом применяют для эксплуатации изделий в условиях моря, реки, озера, пластовой и подтоварной воды, при воздействии на них слабощелочных растворов, а так же в условиях атмосферы. Цинковые покрытия нашли свое применение в строительстве танков, морских судов, трубопроводов, морских платформ и во многих других конструкциях.

С помощью напыления цинкосодержащих красок на самих строительных объектах обрабатываются сварные швы.

Использование в строительстве

На протяжении долгих лет цинк используется в строительстве для защиты железа от коррозии. Эта процедура получила название «оцинкование».

Роль оцинкования

Процессам коррозии подвержен практически весь строительный фонд. Если говорить в цифрах, то это примерно 75%. Зная это, конструкторы уже на этапе проектирования закладывают процедуру оцинковки или закупку уже готовых оцинкованных изделий.

К этому шагу производители пришли не сразу. Повышенные требования к качеству возникли после ряда обрушений строительных сооружений, причиной которых были некачественные крепежные изделия. Борьба с коррозий металлических конструкция давно стала вопросом государственной важности.

Сейчас количество выпускаемых оцинкованных изделий растет с каждым годом. При этом на каждый вид изделия есть ГОСты, ОСты или технические условия, в которых обязательно регламентируется оцинковка конкретных элементов.

На сегодняшний день ассортимент оцинкованных изделий порадует любого покупателя и производителя.

Технологии оцинкования

Существует несколько способов использования цинка на поверхности металла. И далее мы погорим о технологиях и методах оцинкования металлоконструкций, труб, метизов, деталей, профнастила и других изделий.

Горячий способ

Это наиболее популярный способ оцинкования. Он с успехом применяется во многих странах. В результате его использования изделие получает высокое качество и отличные эксплуатационные характеристики. Пятьдесят процентов стали подвергается оцинкованию в виде листового проката, примерно сорок процентов приходится на долю готовых изделия, а остальные десять процентов идет на оцинковку труб и проволоки.

Суть горячего способа заключается в следующем: очищенное стальное изделие погружают в цинк, который представлен в виде расплавленного вещества. Между металлом и цинком происходит связь, которая приводит к формированию нескольких слоев. На характеристики покрытия (толщину и структуру) влияет состав расплавленного вещества.

У горячего способа цинкования металлов есть свои недостатки.

• В частности, способ экологически небезопасен, так как в нем используется много химических составляющих.
• Второй недостаток: процесс обработки требует постоянного поддержания высокой температуры, а это в свою очередь свидетельствует о больших энергозатратах.

Горячим способом чаще всего обрабатывается стальная сетка, элементы строительных конструкция огромных размеров, а так же кровельные покрытия.

Про горячее цинкование расскажет это видео:

Гальванический способ

Способ применяется при необходимости достижения высокой гладкости поверхности. В результате электрохимического воздействия происходит фиксация цинка на поверхности. Здесь металл и цинк плотно сливаются друг с другом.

Суть гальванического способа состоит в следующем: металлическое изделие погружают в ванну с раствором электролита. Изделие подводят к источнику тока. В результате электролиза цинк ровно ложится на деталь. Такой способ обработки подходит для всех видов металла. В результате изделие получается очень блестящим. При этом блеск равномерно распределяется по всему объему.

На качество покрытия существенно влияет частота изделия. На нем не должно быть мелкого мусора и различных пленок, в противном случае оцинкование будет некачественным. За чистотой поверхности очень трудно уследить при производстве больших объемов. К положительным сторонам этого способа обработки относится идеально блестящая и ровная поверхность.

• К отрицательной стороне: большое количество отходов, которые образуются на этапе очистки. Полученные отходы наносят сильный вред окружающей среде.
• Ко второй отрицательной стороне относится обязательное наличие дорогостоящего оборудования, без которого гальванический способ обработки произвести нельзя.

Термодиффузионный способ

Этот способ применяется при необходимости получения толщины слоя в 20 мкм. Термодиффузионный способ очень схож с горячим цинкованием. Только здесь обработанное изделие помещают в печь барабанного тира.

За счет вращательного движения на изделие наносится оцинкованный слой. На выполнения одного полного цикла нанесения слоя требуется примерно три часа. Термодиффузионный способ в основном применяют для мелких метизов, таких как шурупы и шайбы. Так же этот способ применяется для сложных по форме деталей, для элементов с глухими отверстиями и для изделий с резьбой.

К самому эффективному способу обработки изделий относят термодиффузионное окрашивание. Способ обработки решает вопрос не только поверхностной коррозии, но внутренней. Термодиффузионный способ применяется для защиты арматуры в легких бетонов и железобетонных перекрытиях. Его используют для труб водоснабжения (как холодного, так и горячего).

Холодный способ

Этот вид обработки давно широко применяется. В результате холодной обработки изделие окрашивается цинкосодержащими веществами. Обработка изделий таким способом не требует от исполнителя профессиональных навыков. Так же не требуется дорогостоящего оборудования.

Но есть один минус этой обработки. Готовые оцинкованные изделия могут быть подвержены механическому влиянию. Холодное оцинкование часто применяют для оцинкования труб.

Процесс холодного цинкования рассмотрен в этом видеоролике: