Использование степени окисления цинка в технологиях производства

Степень окисления цинка характеризует способность металла образовывать соединения в результате взаимодействия с реагентами. Это свойство используется при поиске, извлечении химического элемента из руды и промышленном производстве.

Цинк используется в промышленности и в медицине

Характеристика металла

Цинк принадлежит к группе цветных металлов и занимает по добыче третье место в мире, уступая только алюминию и меди. Хотя в мире наблюдается перепроизводство, добыча сырья непрерывно растет в связи с обширными потребностями применения в строительстве, химической промышленности и машиностроении.

Химический элемент № 30 – цветной металл, белого цвета с синим оттенком. Его плотность составляет 7,13 г/см3, а температура плавления – 419,5 °C. Ковким и эластичным он становится при разогреве до температуры 150— 200 °C.

С увеличением температурного градиента его можно преобразовать в порошок, а пары способны воспламеняться на воздухе с образованием густого дыма белого цвета, представляющего собой окись.

Добыча цинка

Химический элемент № 30 является достаточно распространенным на Земле. Он содержится в более чем 60 минералах, среди которых наиболее перспективными для добычи являются:

• вюрцит;
• сфалерит;
• цинкит;
• смитсонит;
• каламин.

Низкая концентрация в породе обусловливает переработку и обогащение руды непосредственно вблизи месторождения. Технология извлечения сырья из сульфидных руд предусматривает использование флотационного или гравитационного способа.

Добыча и переработка руды

Выплавка металла производится электролитическим или термическим способом.

Термическая обработка предполагает обжиг руды, предварительно измельченной и обогащенной.

В результате обжига образуется оксид. Концентрат подвергают спеканию с последующим восстановлением углем при температуре +1200 °C. Технология извлечения чистого материала постоянно совершенствуется, что минимизирует содержание второстепенных компонентов.

Основным способом добычи цинка, который применяется в промышленности, является электролитический.

Обогащенный концентрат руды обрабатывают серной кислотой с последующей очисткой раствора от примесей. Химически чистый компонент осаждается на алюминиевых катодах, а из отходов производства извлекают купорос.

В настоящее время добычу сырья осуществляет 50 стран. Крупнейший в мире цинковый рудник находится на Аляске в горах и эксплуатируется круглый год.

В связи с возрастающими потребностями промышленного производства в сырье, рассматриваются альтернативные источники его добычи, среди которых особое место занимают донные отложения океана.

Альтернативный источник добычи цинка

Технология извлечения химического элемента из руды постоянно усовершенствуется и позволяет повысить интенсивность разработки уже разведанных месторождений.

Окислительные реакции металла

Окисление цинка происходит на воздухе с образованием оксидной пленки, которая защищает поверхность от дальнейшего разрушения под влиянием реагентов и препятствует вытеснению водорода из воды.

Степенью окисления, которую проявляет химический элемент в соединениях, является +2.

• Цинк легко растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах. В результате реакции происходит восстановление серной кислоты до серы или сероводорода.
• В результате реакции цинка с азотной кислотой образуются различные продукты восстановления кислоты.
• При взаимодействии цинка с раствором перманганата калия происходит обесцвечивание раствора.
• Реакция металла с ванадатом калия характеризуется восстановлением ванадия с последовательным изменением цвета раствора: желтый, синий, зеленый, фиолетовый.
• Металлический цинк растворяется в растворах щелочей с высокой концентрацией.
• Оксиды металла можно получить в результате термического разложения карбонатов и синтеза простых веществ.
• Соли цинка легко подвергаются гидролизу. В результате реакции металлического цинка с раствором хлорида металла, выделяется водород.

Применение цинка

Материал настолько прочно вошел в быт, что его часто можно не заметить в обыкновенных изделиях: водосточной трубе, ведре, инвентаре для сада и огорода, в патроне электрической лампочки и деталях машин.

• Использование цинка в качестве материала для покрытия изделий предотвращает коррозионные процессы и повышает устойчивость к механическим повреждениям и воздействию агрессивной среды.
• Цинк используют для формирования металлических сплавов, самым известным из которых является латунь. Для ее изготовления используется 20% добытого сырья.
• Цинк является сырьем для химической промышленности. Его используют для изготовления гальванических батарей, минеральных красок, очистки растворов.
• Половина добытого в мире металла используется для нанесения защитных покрытий, и только 15% используется для изготовления исключительно цинковых изделий.
• Химический элемент № 30 является важным минералом, обеспечивающим нормальное функционирование организма, поэтому его используют в фармакологии для изготовления витаминных комплексов.