Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 62 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Р ОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МИСиС
в городе АЛМАЛЫК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
Рузибаев Огабек Эргаш угли

на тему: Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов
для получения степени бакалавра по направлению
22.03.02 Металлургия
Профиль: Металлургия цветных благородных и редких металлов (Металлургия чёрных металлов)

Зав. кафедрой
Руководитель

Алмалык - 2022 г.
(подпись)
(подпись)
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Р ОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МИСиС в городе АЛМАЛЫК
КАФЕДРА
Металлургия
НАПРАВЛЕНИЕ
22.03.02 Металлургия
ПРОФИЛЬ
Металлургия цветных благородных и редких металлов
(Металлургия чёрных металлв)

УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой С.Р. Худояров
(подпись И.О. Фамилия)
20 г.

Задание на выпускную квалификационную работу

СТУДЕНТ ГРУППЫ: 5-18ЦМ Рузибаев Огабек Эргаш угли

1. Тема выпускной работы Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов
утверждена на заседании кафедры. 2022 г.

2. Срок представления выпускной работы

3. Исходные данные к выполнению задания: Цинковый раствор, содержащий 120‒150 гл Zn, смешанный с отработанным электролитом, с концентрацией 40‒50 гл Zn и 140‒150 гл H2SO4, поступает в электролизные ванны. Производительность цеха составляет 90 000 тонн катодного цинка в год.

4.Состав расчетно-пояснительной записки (перечень разрабатываемых вопросов)
Введение, Теоретическая часть, Технологические расчеты, Технико-экономические расчеты, Безопасность жизнедеятельности, Заключение, Литература
5. Состав графической части (список чертежей)
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________
6. Консультанты по выпускной работе
№

Название раздела
Ф.И.О. преподавателя консультанта

Подпись, дата

Задание
выдано
Задание выполнено

7. График (план) выполнения выпускной работы
№

Название этапов выпускной работы

Сроки выполнения
(дата)
Отметка о выполнении

Дата выдачи задания 2022 г. ______________
Руководитель выпускной работы
Задание получил
Аннотация
В данной выпускной квалификационной работе изучений Обоснование и расчёт технологического процесса электроосаждения цинка из сернокислых растворов.

В работе приводится описание существующие технологической схемы, расчёты материальных и тепловых балансов. Было выбрано основное и вспомогательное оборудование.
Проведён анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов и изучено технические меры защиты от них.
Выпускная квалификационная работа бакалавра изложена на 70 страницах, содержит 2 рисунка, 5 таблиц, 46 формула, список использованных источников из 11 наименований, 3 приложение.

Содержание
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..9
1.1 Свойства цинка и области его применения ... ... ... ... ... ... . ... ...9
1.2 Характеристика сырья для производства цинка ... ... ... ... ... ... ..23
1.3 Современное состояние производства цинка ... ... ... ... ... ... ... .. 29
1.4 Теоретическая основа электролитического осаждения металлов ... .33
II. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...42
0.2.1 Определение размеров ванны ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ..42
0.2.2 Определение суточной производительности цеха
по катодному цинку ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..43
0.2.3 Расчет необходимого количество ванн и катодов ... ... ... ... ... ... 43
2.1 Определение напряжения на ванне ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 44
2.2 Выбор генераторов постоянного тока ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 48
2.3 Материальный баланс электролизной ванны ... ... ... ... ... ... ... .. 51
2.4 Расчет теплового баланса ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..54
2.5 Расчет системы охлаждения электролита ... ... ... ... ... ... ... ... ..56
III. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ... ... ... ... .. ... ... ..58
3.1 Промышленная вентиляция ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ..58
3.2 Правила безопасности при работе с электрооборудованием ... ... ...60
3.3 Правила обслуживания механизмов и проведения ремонтных ... ...62
3.4 Электролизный цех ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66
Список использованных источников ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...67

ВВЕДЕНИЕ
Цинк - это один из наиболее широко применяемых цветных металлов, использование которого является гарантией устойчивого и долговременного развития общества. [1]. Электрохимическое выделение цинка представляет собой очень сложный процесс, и на него может существенно повлиять любой из большого числа переменных, действующих во время осаждения. Некоторые из задействованных основных параметров пока неизвестны или, по крайней мере, недостаточно изучены, чтобы обеспечить желаемую степень контроля отложений. Электроосаждение цинка особенно чувствительно к присутствию небольшого количества определенных примесей в электролите, которые могут вызвать отравление раствора и снижение выхода по току до неприемлемого уровня. Сложные процедуры очистки раствора, необходимые для удаления этих примесей, значительно увеличивают стоимость процесса электроосаждения. Хотя влияние многих элементов-примесей на гальванические осадки изучалось по отдельности, недостаточно известно о сочетании некоторых условий в ячейках и ваннах с этими элементами. В настоящее время плотность тока, при которой возможно электроосаждение металлов, ограничивается двумя основными факторами. При увеличении плотности тока выделяется слишком много H2. Это может быть результатом повышенной температуры ванны, а не результатом более высокой плотности тока, поскольку было продемонстрировано, что небольшие изменения температуры (5°C) могут привести к гораздо более низкой эффективности тока. Также поверхность отложений, сделанных при более высокой плотности тока, обычно шероховатая, нерегулярные и дендритные. Такие отложения могут привести к снижению эффективности всего процесса на несколько процентов из-за низкой эффективности плавления катода. Кроме того, существует тенденция захватывать электролит включениями на поверхности этих электродов, что приводит к более высоким уровням примесей в конечном металле. Автоматизация процесса электроосаждения, ведущая к снижению трудозатрат, станет возможной только после полного понимания и контроля процесса электрокристаллизации цинка и морфологии получаемых электродов. На сегодняшний день очень мало сделано для установления взаимосвязи между электрохимической обработкой и получающимися в результате ориентациями и морфологиями. Это особенно верно для более толстых объемных покрытий, получаемых при электролизе, в отличие от тонких, мелкозернистых гальванических покрытий.
Учёны Сато провел подробное исследование кристаллографических аспектов цинка, нанесенного электроосаждением на поликристаллические катоды . Методами электронной дифракции и электронной микроскопии им показано, что ориентация и текстура электроосажденного слоя цинка могут быть обоснованно интерпретированы с точки зрения развития кристаллографических плоскостей при различной степени воздействия водорода иили органических коллоидов при относительно постоянных прочих факторах. Ли сравнивает различные органические коллоиды с разным числом золота (меры адсорбционной способности) и их способность значительно изменять ориентацию и, следовательно, текстуру, нанесенного цинка. Аналогичным образом Редди проанализировал условия развития текстуры в никелевых гальванических осадках. Он считает, что рост кристалла состоит из нескольких стадий развития. Существует одна стадия, когда на ориентацию осаждаемого металла влияет подложка. Во время второй стадии роста (переходной стадии) рост кристаллов больше зависит от условий ячейки и меньше зависит от подложки. Наконец, предпочтительная стадия ориентации развития кристалла определяет ориентацию и текстуру гальванопокрытий. Обсуждаются и другие факторы, влияющие на рост кристаллов, такие как адсорбированный атомарный водород.
Исследование электролиза цинка из чистых растворов кислых сульфатов было проведено Коулом . Были изучены различные аспекты процесса, такие как температура, материал электрода, примеси и т. д., и полученные ориентации и морфология были использованы для описания возможного механизма роста цинка. М. В. Зверева и А. Л. Ротинян исследовали механику электрохимических реакций цинка в сульфатных растворах. Механизм кристаллизации цинка согласуется с предложенным в данном исследовании. Было показано, что изменение отношения кислоты к цинку приводит к небольшому изменению положения поляризационных кривых, но форма двух линейных участков кривой остается неизменной. Повышение значений рН от 0 до 2 вызывало сдвиг кривых в сторону более высоких значений потенциала с последующим снижением потенциала при дальнейшем увеличении рН. В этом исследовании кристаллизации цинка проводится анализ роста кристаллов и дендритов путем сопоставления ориентации, морфологии и потенциального поведения. Обсуждается влияние добавок животного клея на эти факторы.

I.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1.Свойства цинка и области его применения
Цинк -- блестящий голубовато-белый металл, плотность металлического цинка составляет 7,14 gcm[3], жидкого 6,9 gcm[3]. Он находится в группе II периодической таблицы. Он хрупкий и кристаллический при обычных температурах, но становится пластичным и ковким при нагревании от 110°C до 150°C. химически активный металл, который соединяется с кислородом и другими неметаллами и реагирует с разбавленными кислотами с выделением водорода.
Цинк является элементарным металлом. Он указан в Периодической таблице как Zn, с атомным номером 30 и атомным весом 65,37, Температура плавления равна 419,4 С, кипения 906 С. Металлический цинк не токсичен, пожаровзрывобезопасен.
Цинк обычно имеет серый металлический цвет, но его можно отполировать до блестящего серебристого блеска. В природе он встречается только в виде химического соединения, а не в виде чистого цинка, и может использоваться в качестве сырья для отливок и покрытий. В эпоху Римской империи люди использовали цинк для сплава меди с латунью для оружия. В этом грубом процессе цинк захватывался медью во время нагревания руды, хотя в то время мало что понимали о важности цинка в металлургии. Название цинка может быть получено из немецкого слова zinn, что означает олово. Научное открытие цинка приписывают Надреасу Сигизмунду Маргграфу, немецкому химику, который выделил чистый цинк в 1746 году. Вскоре после этого Уильям Чемпион основал в Бристоле, Англия, первое производственное предприятие, или плавильный завод. Только около 5% мировых поставок цинка добывается в Соединенных Штатах, а остальная часть поступает в основном из Индии, Мексики и Канады. Приблизительно 6,7 миллиона метрических тонн цинковой руды производится во всем мире. Примерно две трети цинка, используемого в США, импортируется.
Он используется в основном для цинкования железа, более 50% металлического цинка идет на цинкование стали, но также важен при получении некоторых сплавов. Он используется для отрицательных пластин в некоторых электрических батареях, а также для кровли и водосточных желобов в строительстве. Цинк является основным металлом, используемым при изготовлении американских пенни, используется при литье под давлением в автомобильной промышленности. Оксид цинка используется в качестве белого пигмента в акварели или красках, а также в качестве активатора в резиновой промышленности. В качестве пигмента цинк используется в пластмассах, косметике, фотокопировальной бумаге, обоях, типографских красках и т. д., а в производстве каучука его роль заключается в том, чтобы действовать как катализатор во время производства и как рассеиватель тепла в конечном продукте. Металлический цинк входит в состав большинства разовых таблеток, считается, что он обладает антиоксидантными свойствами, которые защищают от преждевременного старения кожи и мышц тела.
Очень распространено использование в аккумуляторной промышленности при получении никель-цинковой смеси. Кроме того, он в основном используется в качестве кровельного и кровельного утеплителя. Кровельные применения широко используются при покрытии плит материалом, разделении всех благородных видов руд и использовании их в качестве компонента. Он также используется в качестве рудника сплава, то есть в качестве сырья для создания многих драгоценных металлов, таких как латунь, гальванизация, алюминий, медь, магний. Не следует забывать о его важности в литейных формах в автомобильной промышленности.
Цинк является очень распространенным веществом, встречающимся в природе. Многие продукты питания содержат определенные концентрации цинка. Питьевая вода также содержит определенное количество цинка, которое может быть выше при хранении в металлических резервуарах. Промышленные источники или свалки токсичных отходов могут привести к тому, что количество цинка в питьевой воде достигнет уровня, который может вызвать проблемы со здоровьем. Цинк встречается естественным образом в воздухе, воде и почве, но концентрация цинка увеличивается неестественным образом из-за добавления цинка в результате деятельности человека. Большая часть цинка добавляется во время промышленной деятельности, такой как добыча полезных ископаемых, сжигание угля и отходов и обработка стали. Некоторые почвы сильно загрязнены цинком, и их можно найти в районах, где цинк необходимо добывать или очищать, или где осадок сточных вод с промышленных зон использовался в качестве удобрения. Цинк является 23-м наиболее распространенным элементом в земной коре. Доминирующей рудой является цинковая обманка, также известная как сфалерит. Другими важными цинковыми рудами являются вурцит, смитсонит и гемиморфит. Основными районами добычи цинка являются Канада, Россия, Австралия, США и Перу. Мировая добыча превышает 7 миллионов тонн в год, а промышленно эксплуатируемые запасы превышают 100 миллионов тонн. Более 30% мировой потребности в цинке удовлетворяется за счет вторичной переработки.
Цинк является микроэлементом, необходимым для здоровья человека. Когда люди поглощают слишком мало цинка, они могут испытывать потерю аппетита, снижение вкуса и обоняния, медленное заживление ран и язвы на коже. Нехватка цинка может даже вызвать врожденные дефекты. Хотя люди могут справляться с пропорционально большими концентрациями цинка, слишком большое количество цинка может вызвать серьезные проблемы со здоровьем, такие как спазмы желудка, раздражение кожи, рвота, тошнота и анемия. Очень высокий уровень цинка может повредить поджелудочную железу, нарушить белковый обмен и вызвать атеросклероз. Обширное воздействие хлорида цинка может вызвать респираторные заболевания. Заражение цинком на рабочем месте может привести к гриппоподобному состоянию, известному как металлическая лихорадка. Это состояние пройдет через два дня и вызвано чрезмерной чувствительностью. Цинк может представлять опасность для нерожденных и новорожденных детей. Когда их матери поглощают большие концентрации цинка, дети могут подвергаться его воздействию через кровь или молоко своих матерей.
Производство цинка в мире продолжает расти. В основном это означает, что все больше и больше цинка попадает в окружающую среду. Вода загрязнена цинком из-за наличия большого количества цинка в сточных водах промышленных предприятий. Очистка этих сточных вод неудовлетворительна. Одним из последствий является то, что реки откладывают на своих берегах загрязненный цинком шлам. Цинк также может повышать кислотность воды. Некоторые рыбы могут накапливать цинк в своем теле, когда живут в водоемах, загрязненных цинком. Когда цинк попадает в организм этих рыб, он может увеличить пищевую цепочку. Большое количество цинка можно найти в почвах. Когда почвы сельскохозяйственных угодий загрязнены цинком, животные будут поглощать концентрации, вредные для их здоровья. Водорастворимый цинк, находящийся в почве, может загрязнять грунтовые воды. Цинк представляет угрозу не только для крупного рогатого скота, но и для видов растений. Растения часто поглощают цинк, с которым их системы не справляются из-за накопления цинка в почве. На богатых цинком почвах шансы на выживание есть только у ограниченного числа растений. Поэтому вблизи заводов по утилизации цинка не так много растительного разнообразия. Из-за воздействия на растения цинк представляет серьезную угрозу для сельскохозяйственных угодий. Несмотря на это цинксодержащие навозы все еще применяются. Наконец, цинк может прерывать активность в почвах, так как отрицательно влияет на деятельность микроорганизмов и дождевых червей. Из-за этого распад органики может серьезно замедлиться.
В современной промышленности цинк занимает особое среди множества металлов место. С дополнительным легированием цинк получает достаточно благоприятные свойства механического, технологического и физического характера. В зависимости от того, какая марка цинка используется, из него получают сплавы, цинкуют сталь, изготавливают полуфабрикаты и соединения. С помощью цинкования от коррозионного воздействия защищается стальная проволока, лента, лист, арматура, крепежные детали и многое другое. Распространенными являются и цинковые сплавы, кроме которых большим спросом пользуется плоский прокат из цинка: плита, лист, фольга и другие. Цинк, в основном, используется для получения огромного количества сплавов. Использоваться цинковый сплав может как материал конструкционный, так и неконструкционный. В первом случае, сферой применения является приборостроение, полиграфия, судостроение, авиационная и машиностроительная промышленность. Из цинкового сплава в качестве неконструкционного материала выливается анод протектор, изготавливаются припои, а также им покрываются стальные листы, которым после такой обработки коррозия совершенно не страшна. И хоть сейчас объемы отливки из цинковых сплавов снижаются, в будущем выпуск таких изделий стремительно возрастет, ведь они являются чрезвычайно эффективными в случае необходимости получения отливок с особо тонкими стенками. Цинковые сплавы отличаются также превосходной возможностью получения хорошего гальванического покрытия.
После железа, алюминия и меди цинк является четвертым наиболее широко используемым металлом в мире . В 2018 году во всем мире было произведено около 13,2 млн метрических тонн рафинированного металлического цинка, и этот уровень производства практически не изменился за последнее десятилетие. Китай является крупнейшим в мире производителем цинка, на его долю приходится почти 40% мирового производства, а Австралия имеет самые большие запасы цинка в мире.
Цинк является 16-м наиболее распространенным металлом и 23-м наиболее распространенным элементом в земной коре соответственно. Его больше, чем меди, хотя мировое производство меди значительно превышает производство цинка. Мировое производство цинка осуществляется в основном из его руды, сульфида цинка, широко известного как сфалерит. Почти половина всего производимого цинка идет на гальванику; процесс покрытия железа или стали тонким слоем цинка для защиты от коррозии. Этот процесс может резко увеличить возможность вторичной переработки стали и железа. Помимо использования для гальванизации, цинк широко используется для изготовления сплавов, наиболее распространенным из которых является латунь. Латунь представляет собой сплав меди и цинка с небольшим содержанием свинца и олова.
Цинк в основном используется для гальванического покрытия стали от коррозии, литья под давлением сложных деталей машин, а также в батареях и других электрических устройствах. Цинк также сплавляется с медью для образования латуни. Цинкование стали включает в себя нанесение тонкого слоя цинка на все открытые поверхности стали для защиты от коррозии. Цинк обладает отличной коррозионной стойкостью, так как легче окисляется атмосферой. Окисление происходит, когда металл подвергается воздействию воздуха или воды, и электроны от металла переходят к кислороду. Когда цинк прочно связан со сталью, цинк освобождает свои электроны с большей готовностью, чем сталь, оставляя более прочный металл нетронутым. Нанесение цинкового покрытия осуществляется путем погружения стали в расплавленный цинк или путем электролитического покрытия стали цинком, подобно хромированию. Сплавы для литья под давлением обычно содержат 96% цинка и 4% алюминия. В процессе литья под давлением используется стальная форма, состоящая из двух частей, и литейный пресс, чтобы удерживать половинки формы вместе во время впрыска расплавленного металла. Внутри стального штампа находится полость, в которой находится негативное изображение отливаемой детали. Расплавленный металл впрыскивается в полость под давлением, точно заполняя всю пустоту. Металл остывает, и пресс раскрывает половинки штампа, обнажая отформованную деталь. Литые детали из цинка имеют очень близкую к желаемой форму и требуют небольшой механической обработки, прежде чем они будут помещены в сборку. Типичные области применения включают детали для копировальных аппаратов, самолетов и медицинских инструментов. Производители автомобилей используют отливки из цинка для изготовления эмблем, молдингов, дверных ручек и кронштейнов. Цинковые отливки легко хромируются для придания долговечности и внешнего вида. В одном уникальном применении цинка особое преимущество заключается в его способности передавать свойства коррозионной стойкости посредством электрического контакта. Это приложение называется жертвенным анодом. Аноды, изготовленные почти из чистого цинка, крепятся болтами к алюминиевым судовым двигателям. При работе в воде, особенно в соленой воде, при окислении образуется слабый электрический ток, который может вызвать коррозию корпуса и деталей двигателя. Поскольку цинк легко окисляется в присутствии этого электрического тока, он приносит в жертву себя, быстро разъедая, поглощая весь электрический дисбаланс на корабле. Оставшийся алюминиевый корпус и двигатель в результате не подвергаются коррозии. По мере его износа анод необходимо заменять, чтобы обеспечить постоянную защиту. В приложении, аналогичном жертвенному аноду, цинк используется в качестве компонента при производстве аккумуляторов. Сухая батарея создает химическую реакцию с цинком в металлическом корпусе (или банке), в результате чего между двумя соединениями возникает потенциал напряжения. Электрическое устройство, такое как фонарик или портативное радио, может быть подключено к аккумулятору и питаться от вырабатываемой электроэнергии. Подключенная таким образом реакция поддерживает электрический ток в течение всего времени действия доступных химических реагентов. Цинк в качестве соединения используется в фармацевтике, резине, косметике, красках и керамической глазури. Другие соединения используют цинк в электронно-лучевых трубках, флюсе для пайки и консервантах для древесины.
Помимо цинка, цинковые сплавы обычно содержат алюминий, медь, магний и железо. Алюминий хорошо растворяется в цинке, и его часто добавляют в литейный процесс для повышения текучести и снижения температуры плавления. Алюминий также улучшает некоторые механические свойства, такие как удлинение. Медь является еще одним распространенным компонентом цинковых сплавов. Медно-цинковые сплавы, также известные как латунь, обладают улучшенными свойствами, такими как прочность на растяжение, твердость, износостойкость и ползучесть. Магний в относительно небольших количествах является важным металлом, легирующим цинк, поскольку он улучшает структуру зерен и предотвращает межкристаллитную коррозию, обычно вызываемую примесями.
Цинковые сплавы (вместе с другими металлами, такими как медь и титан) используются в строительстве и архитектуре, таких как водосточные системы, облицовка, арматура и кровля. Цинковые сплавы также находят применение в качестве расходуемых компонентов, таких как предохранители, срезные болтыштифты и расходуемые аноды для защиты от коррозии. Цинковые сплавы также используются в электромагнитном экранировании для защиты устройств от электромагнитных полей. Латунь обладает превосходным сочетанием механических свойств, таких как прочность, пластичность, износостойкость и коррозионная стойкость, электрическая и теплопроводность, твердость и обрабатываемость, что делает ее подходящей для широкого спектра применений. В целом их можно разделить на две части; декоративные и механические. Такие области применения включают бытовую фурнитуру, ювелирные изделия, детали двигателей, насосы, клапаны, крепежные детали и компоненты часов. Другие цинковые сплавы используются в некоторых типах подшипников машин, штампов для литья под давлением и штамповочных штампов. Цинк также используется для медицинского оборудования, резиновых изделий, пигментов для красок и керамики. Один интересный факт о самом цинке заключается в том, что он является вторым по распространенности микроэлементом в организме человека после железа.
Цинк-амфотерный металл, легко растворяется в кислотах и щелочах, при температуре красного каления энергично разлагает во - дяные пары. В соляной и серной кислотах растворение сопровождается выделением водорода, в азотной - вы - делением аммиака или окислов азота. При взаимодействии с щелочами образуются цинкаты и выделяется водород. С повышением чистоты цинка скорость растворения его в кислотах снижается. [2]
В расплавленном цинке хорошо растворяются железо, чугун, алюминий, медь и другие металлы, что облегчает получение различных сплавов на цинковой основе. С железом расплавленный цинк образует химическое соединение, способствующее закреплению пленки цинка па поверхности оцинкованных изделий.
Металлический цинк активно восстанавливает окислы других металлов и вытесняет из водных растворов ионы более положительных металлов: Аu, Ag, Pb, Cu, Cd и др. В связи чем цинк широко принимается в металлургии благородных металлов в котором используются в качестве восстановителя благородных металлов из раствора методом цементации. Для цементации этих металлов применяют цинковую пыль или гранулы. [2]
Окись цинка ZnO широко используют в лакокрасочной и резиновой промышленности. Сернистый цинк ZnS - основной рудообразующий минерал цинка. Искусственный ZnS является одним из компонентов литопона - белого пигмента. Сульфат цинка ZnSO4 идет на производство синтетического волокна и для других целей.
Значительное количество металла расходуется на получение окиси цинка и различных химических сое - динений, которые используются в производстве ре - зины, пластмасс, красок, бумаги, керамических изде - лий. [2]
В ходе процесса плавления цинка скрытая теплота равняется 100,69 Дж, а во время парообразования равняется 1779 Дж. Значение удельной теплоёмкости, когда измеритель температуры показывает 273 К равна 0,365 кДж(кг-К) с повышением термических показателей до 373 К значение удельной теплоёмкости может достигнуть до 0,403 кДж(кг-К), а значение теплопроводности равна 112 Вт(м-К), при температуре 291 К с повышением его до 773 К, теплопроводность достигает значений примерно равной 57,7 Вт(м-К). При температуре 20°С удельное сопротивление электрической энергии составляет 0,062 мкОм-м.
Для того, что бы ни допустить искажение поверхности цинка необходимо его хранить в зоне с минимальной влажностью и при обычной комнатной температуре равной 25°С. Особенностью цинка является, то что, он, когда попадает во влажную среду, где также имеется и CO2 обволакивает себя защитной оболочкой, который препятствует последующей коррозии цинка. Вследствие чего, было обнаружено, что скорость коррозии цинка в отдалённых от промышленных зон районах значительно ниже, по сравнению с районами, где расположены большинство производственных предприятий, фабрик и заводов (примерно в 10 раз, т.е 0,001- 0,0001 ммгод).
В кислотных и щелочных растворах можно легко растворить цинк, а при температуре красного каления цинк в активном темпе способствует распаду водяных пар. При растворении цинка в серной и соляной кислоте процесс сопряжён с выделением H2, но если растворять цинк в азотной кислоте, то в таком случае наблюдается выделение аммиака и оксидов азота. При химических реакциях цинка с щелочными соединениями продуктом реакции являются цинкаты или гидроксоцинкаты, а водород при этом улетучивается (уходит в газ). Чем выше чистота цинка, тем хуже оно растворяется в кислотах, то есть с кислотными и щелочными растворами очень чистый цинк никак не взаимодействует.
Такие металлы как: железо, алюминий медь и прочие металлы, в том числе и чугун неплохо растворяются, если их окунуть в расплавленный чугун, благодаря этому легко реализовать получение разного рода сплавов, основанных на цинке, но это так же усложняет процесс производства оборудований и механизмов, составные части которых примыкают к расплавленному цинку. При взаимодействии расплавленного цинка с железом возникает химическое соединение, который в значительной степени способствует цинковой плёнке привиться к наружности оцинкованных изготавливаемых деталей и заготовок.
Металлический цинк способен интенсивно восстанавливать оксиды многих металлов и вытеснять ионы более положительно заряженных металлов, из растворов водных растворов, где в качестве растворителя выступает вода. К таким металлам относятся: Аu, Ag, Pb, Cu, Cd, Ni, Co, Hg, Sn, As, Sb, Tl, In, Ge и прочие металлы. Чтобы цементировать вышеописанные металлы используют цинковую пыль или в некоторых случаях цинковые гранулы. Под влиянием веществ органического происхождения, к которым относятся кислые продукты питания, цинк может образовать вредные для здоровья соли, именно из-за этой особенности изделия из цинка не желательно использовать в пищевой промышленности.
Цинк формирует устойчивые химические соединения при взаимодействии с кислородом (O2) и серой (S). Оксид цинка (ZnO) активно применяют в производстве лаков, красителей и резиновых изделий. Сернистый цинк (ZnS) выступает в качестве главного рудообразующего минерала цинка. К одному из компонентов литопона (белый пигмент), который активно используется в производстве лаков и красителей относится искусственный цинк (ZnS). Сульфат цинка ZnSO4 широко применяется в процессе производства синтетических волокон, а так же для прочих целей.
Самая большая доля производимого цинка, то есть более 40%, тратится для оцинковки листов, труб, проволоки и прочих изделий из металла. Основной причиной этому является способность цинка покрывать свою поверхность защитной оболочкой, которая защищает его и оцинкованного им металла (в большинстве случаев железо) от дальнейшей коррозии. Коррозия металла происходит из-за влияния окружающей среды, которая сильно загрязнена различными газами, которые могут агрессивно развивать разрушение структуры металла.
Многие страны, в том числе США и Канада полагают, что намного выгоднее с экономической точки зрения сооружать мосты и другие конструкции, требующие большее внимание и служащие долгие годы из болтов и соединительных частей оцинкованных металлов. Согласно подсчётам, пришли к выводу, что при использовании оцинкованных металлов при сооружении общие расходы, которые тратятся, на обеспечение защиты от коррозии будут на порядок меньше (примерно в 2,5 раза), по сравнению с окраской данных сооружений, учитывая, что окраску необходимо обновлять по истечению некоторого времени.
В США при производстве автомобильных кузовов и контейнеров разного предназначения используют стальные листы, предварительно прошедшие оцинковку, также оцинкованные изделия из стали широко применяют в приборостроении, в транспортном и машиностроении, в сооружение зданий и важных конструкций и в прочих производственных ответвлениях.
Большое количество цинка расходуется на производство сплавов в обработке металлов под давлением и их литьё под давлением. Потребительский спрос к данным сплавам в основном выше у тех стран, где хорошо развито автопромышленность, основной причиной которой, является, то, что литейные качества сплавов на основе цинка способствует обеспечению получения литых изделий сложной конфигурации практически не нуждающихся последующей механической обработки.
Уже давно укоренилось, что в основном цинк используется при производстве латуни и бронзы. Исходя из мониторинга, которые проводились за ближайшие минувшие годы, с каждым годом снижается общий объём потребления цинка в производстве латуни и бронзы, связано это с тем, что цинк на данный момент так же рентабельно использовать и в других производственных сферах.
Цинковый прокат всё больше начали активно использовать в таких отраслях как: строитель - ства, типография, для производства сухих бата - рей и прилегающих сферах промышленности.
Существенный объём металла потребляется в процессе получения оксида цинка и других видов химических соединений, на основе которых лежит цинк. Данные соединения активно применяются при изготовлении резиновых изделий, пластмасс, красителей, бумажных изделий и керамики.
В металлургической отрасли производства металлический цинк занимает не последнее место, так как его используют при рафинировании чёрного свинца, при очистке различных растворов от не желательных примесей и в прочих процессах.
Изготовленный в странах СНГ цинк принято маркировать согласно классифицируемым сортам, не нарушая ГОСТ 3640-79. Цинк с маркировкой ЦВ00, ЦВО, ЦВ1 и ЦВ получают в главным образом с помощью методов ректификации или отдельными способами рафинирования, где общая доля примесей не должна быть выше 0,003-0,01,%. Процесс производства цинка с маркировкой ЦВ1 и ЦВ осуществляется посредством электролиза. Исходя из его качественных показателей цинк используется для изготовления химически чистых реактивов, в электротехнике, а для научных исследований используется цинк марки (ЦВ00), в полиграфии и автомо - билестроении цинк с маркировкой (ЦВО и ЦВ1). В литье под давлением составных частей и компонентов приборов авиации и автомобилестроения, которые требуют большей точности и особых имеют особые требования к отливке, а также получения оксида цинка, производства цинковой пыли и цинкового порошка, которые активно используются для изготовления рабочих аккумуляторов целесообразно использовать цинк марки (ЦВ).
Цинки с маркировкой Ц0А и Ц0, который получают посредством электролиза, широко применяются при выпуске цинковых листов для производства гальванических элементов и сплавов на основе цинка, которые в последствии подвергаются обработке под давлением; в том числе при гальванической и горячей оцинковке заготовок и полузаготовок; в производстве сухих цинковых белил высокого качества, а также для легирования сплавов алюминия.
Цинк с маркировкой Ц1 используют при обработке металлов под давлением; в производстве анодов необходимых для гальванического оцинковки; что бы получить специальные латунные сплавы (медно-цинковые сплавы); что бы изготовить флюсы в процессе лужения жести и в том числе для производства цинкового порошка, который активно используется в химической и металлур - гической отрасли.
Цинки низшего сорта, такие как Ц2 и ЦЗ, которых получают методом дистилляции, используют для выпуска цинковых, медно-цинковых, свинцовистых сплавов и бронз; также в производстве проволок, которые используются в процессе шоопирования; при горячей оцинковки заготовок и по - лузаготовок; при выпуске цинковых порошков, которых в нынешнее время применяют в химической и металлургической отрасли, в частности и в ходе производства цинка, оксидов цинка и т.д.
Выше описаны самые основные потребители для всех отдельно взятых сортов цинка. На самом деле, как показывает практика для аналогичных задач с учётом примесей в составе цинка возможно применение двух или даже трёх отличных друг от друга сортов.
Согласно ГОСТ 3640-70 предполагается производство цинка с маркировкой ЦВ00 в качестве чушек масса которых составляет 4-5 и 8-10 кг и имеют определен - ную форму и размеры. Цинк с маркировкой ЦВО, ЦВ1, ЦВ, ЦОА, Ц0, Ц1С, Ц1, Ц2, Ц2С, ЦЗС, ЦЗ производят в виде чушек масса которых варьируется от 19 до 25 кг, или как бло - ки массой не превышающие 1 т, про корректированных под механизи - рованную погрузку и выгрузку во время транспортиро - вки. Форма и размер чушек, в том числе блоков цинка данной марки должны соответствовать ГОСТ.
Все чушки цинка вне зависимости от марки доставляют в обвязанных штабелях (пакетах), исключение составляет только металл марки ЦВ00. В процессе пакетирования разрешается использование чушек в качестве поддона, если она не соответствует установленному стандарту. Благодаря пакетированию чу - шкового цинка увеличивается эффективность рабочего процесса в зоне погрузки и разгрузки, что, несомненно, положительно сказывается в экономическом отношении.

1.2 Характеристика сырья для производства цинка
Руды, где содержится цинк, принято различать сульфидные и окисленные. Такое различие обусловлено тем, тем какими минералами представлены в них металлы. Цинк в рудах сульфидного вида в большинстве случаев представлен как сфалерит ZnS (67,1 % Zn), а в некоторых случаях и в вюртците ZnS (67,1 % Zn), и в редких случаях содержится в марматите
В большинстве случаев цинк нельзя найти в чистом виде без примесей, то есть он содержится в полиметаллических рудах вместе с свинцом, медью и свинцом и т.д.
Помимо сфалерита в этих рудах содержится и сульфиды свинца, меди, кадмия, марганца, серебра, мышьяка, сурьмы, кобальта. В составе сфалерита в большинстве случаев в качестве примесей могут присутствовать такие редкие элементы периодической системы, как индий, таллий, галлий и германий, и в том числе и золото, но в очень малом количестве.
Свинец в сульфидно-цинковых рудах обычно находится в форме галенита PbS. В окисленной зоне месторождений цинка, цинк существует в виде следующих минералов: цинкита ZnO (80,3% Zn), франклинита (Zn, Mn) (618% Zn), виллемита (58,6% Zn) , каламина (57,1% Zn). ) Zn), смитсонит ZnCO3 (52,1% Zn) и гидроцинцит (47,6% Zn). В породном составе цинковой руды присутствуют кварц, глина, карбонаты кальция и магния, барит и др.
Низкое содержание цинка (1-3%) и сложность состава цинковых руд требуют их предварительного обогащения. Селективная флотация полиметаллических руд предоставляет получение высококачественных цинковых концентратов, содержащих, %: (51 +- 3,5) Zn; (32 +- 2,5) с; (8,0 +- 3,5) Fe; (0,2 +- 0,05) Cd; (1 +- 0,5) Pb; (1 +- 0,5) Cu; (2,5 +- 1,5) карбонат и силикат.
Помимо основных элементов концентрат содержит небольшое количество золота; серебро (75 - 100 гт); индий, ртуть, галлий, таллий; вредные примеси (0,01 - 0,1% As; 0,01 - 0,03% Sb; 0,01 - 0,02% IC; 0,01% F; 0,001 - 0,01% Co; 0,01 - 0,05% Ni; германий, селен, теллур). Тем самым, цинковый концентрат является сложным сырьем. В настоящее время отечественными предприятиями освоено выделение из них 11 - 17 компонентов с высокой экономической эффективностью. [2]
Существенную часть цинка в мире добывается из сульфидных руд и оксида цинка. В последние годы увеличилась доля вторичного сырья цинкосодержащих шлаков, а также различных полуфабрикатов свинцовой, медной и оловянной промышленности.
Как известно существует более 60 минералов цинка. В особенности больше всего встречаются сернистые и кислородсодержащие соединения цинка. Из них в основном промышленное значение имеют следующие минералы: сфалерит, или цинковая обманка (ZnS), марматит (mZnS∙nFeS), смитсонит (ZnCO3) ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.