История получения цинка, его химические св-ва и применение цинка в промышленности
Другие рефераты
Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30. Он
находится в четвертом периоде второй группы. Атомный вес - 65,37.
Распределение электронов по слоям 2-8-18-2.
Цинк представляет собой синевато - белый металл, плавящийся при 419
С, а при 913 С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см3. При
обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110 С он хорошо
гнется и прокатывается в листы. На воздухе цинк покрывается тонким слоем
окиси, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует
на цинк, хотя он и стоит в ряду активности значительно левее водорода. Это
объясняется тем, что образующаяся на поверхности цинка при взаимодействии
его с водой гидроокись практически нерастворима и препятствует дальнейшему
течению реакции. В разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с
образованием соответствующих солей. Кроме того, цинк подобно бериллию и
другим металлам, образующим амфотерные гидроокиси, растворяется в щелочах.
Если нагреть цинк на воздухе до температуры кипения, то пары его
воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем, образуя окись цинка.
Немного истории
Соединения цинка и его сплавы известны человечеству с глубокой
древности, металлический же цинк был получен значительно позднее, чем
железо, свинец и олово. Это обстоятельство объясняется тем, что обычные
способы плавки руды с углем здесь не достигали цели; чтобы восстановить
цинк, его надо быстро нагреть до температуры около 1000 градусов, но при
этом он кипит и в виде паров теряется вместе с дымовыми газами. Только
после того как научились конденсировать пары цинка в глиняных сосудах,
стало возможных получение металла в свободном состоянии. Полагают, что
такой дистилляционный способ получения свободного цинка впервые был
изобретен в Китае.
Латунь (сплав меди с цинком) была известна грекам, индусам и другим
народам Востока, употреблявшим ее для изготовления различных предметов
домашнего обихода, художественного литья и украшений. Отдельные предметы из
латуни, относящиеся к периоду за 1500 лет до н.э., были найдены в
Палестине. Приготовление латуни восстановлением особой земли кадмия (так
назывались в древности многие минералы, содержащие цинк, отличие между
которые не делали) углем в присутствии меди описывают Аристотель (384- 322
гг. до н.э.), Плиний Старший (23-79 гг. н.э.) и Гомер. Плиний Старший и
Диоскрид из Аназарбуса описывают лекарственные средства, содержащие
соединения цинка. Лекарства эти употреблялись для заживления ран и при
лечении глазных болезней.
В доисторических дакийских развалинах в Трансильвании был найден идол,
отлитый из сплава, содержащего около 87% цинка. Получение металлического
цинка из галмея (Zn4*H2O) впервые описывает Страбон (60-20 гг. до н.э.).
Цинк в этот период называли тутией или фальшивым серебром.
Благодаря довольно сложной выработке цинка из руд в X-XI вв. н.э.
искусство получения цинка в Европе было утрачено, и он ввозился сюда под
названием индийского олова из Китая и Индии.
В конце XIII в. н.э. итальянский путешественник Марко Поло описал
способ получения металлического цинка в Персии. В 1637 году метод выплавки
цинка и его свойства описываются в китайской книге “Циан коняг канн у”.
Казалось бы, что раз метод получения описан в литературе, то его легко
могли перенять другие народы и применить у себя на родине. Но этого не
случилось. Экономическая и культурная разобщенность народов, слабые
транспортные связи, а главное, стремление многих ученых описывать свои
открытия на непонятном языке - все это препятствовало быстрому
распространению технических достижений.
Вторично получение цинка в Европе стало известно в начале XVI
века. О способе его выплавки упоминают в своих сочинениях Георг Агрикола
(1494-1555) и Теофраст Парацельс. Однако и после этого цинк в Европе был
большой редкостью, что продолжалось почти до конца XVIII в.
Название же “цинк” происходит от латинского слова, обозначающего
бельмо или белый налет, и впервые встречается у Парацельса в 1530 году.
Роберт Бойль назвал цинк “спелтером”. У нас цинк И.Шлаттер (1736) называл
“туцией”, Ломоносов (1742) ввел название “цинк”, но оно не пользовалось
успехом и цинк чаще всего называли “шпиаутер”.
В 8-м издании “Основ химии” (1906) Д.И.Менделеев употребляет
современное название цинка, но наряду с этим ставит в скобках и другое его
название - ”шпиаутер”. Из этого можно заключить, что во времена Менделеева
старое название цинка было достаточно широко распространено.
Металлический цинк.
В XVI веке были предприняты первые попытки выплавлять цинк в заводских
условиях. Но производство “не пошло”, технологические трудности оказались
непреодолимыми. Цинк пытались получать точно так же, как и другие металлы.
Руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали
углем...
Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но ...
не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной
печи испарялся - температура его кипения всего 906 С. А в печи был воздух.
Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь
образовывался исходный продукт-окись цинка.
Наладить цинковое производство в Европе удалось лишь после того,
как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха.
Примерно так же “черновой” цинк получают и сейчас, а очищают его
рафинированием. Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе
почти не встречаются.
Сложный химический и минералогический состав руд, содержащих цинк, был
одной из причин, по которым цинковое производство рождалось долго и трудно.
В переработке полиметаллических руд и сейчас еще есть нерешенные
проблемы...
Вернемся же к теме использования цинка. Цинк часто используется в
металлургии и при производстве пиротехники. При этом он проявляет свои
особенности.
При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние,
превращаются в твердую пыль. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в
виде пыли, а не переплавлять его в слитки.
В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое
пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных
металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых
растворов. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему
металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные
изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?
Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски -
все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она
превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска
к тому же дешева, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается
при температурных перепадах. Изделия, которые покрывают такой краской,
должны быть не марки и в то же время опрятны.
На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и
99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит “прибавить”
еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже
при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой
пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно
прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150 С. Нагретый до 250 С и
выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким - происходит
очередная перестройка его кристаллической структуры.
Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических
элементов. Первый “вольтов столб” состоял из кружочков цинка и меди.
Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише,
позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально
приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает
фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и
будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность,
опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в
печатные машины.
К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего
он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности
слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в
закрытые формы. Для “выравнивания” структуры применяют обжиг при 375 С с
последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго ограничивают
и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то
нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Вот по этой кромке и
“ходят” металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.
Цинк и сталь.
Как бы громко ни называли в наше время: “век полимеров”, “век
полупроводников”, “атомный век” и так далее, по сути дела мы не вышли еще
из века железного. Этот металл по-прежнему остается основным в
промышленности. По выплавке чугуна и стали и сейчас судят о мощи
государства.
А чугун и сталь подвержены коррозии, и, несмотря на значительные успехи,
достигнутые человечеством в борьбе с “рыжим врагом”, коррозия ежегодн
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
