Введение. Цинк – элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов

Цинк – элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество при нормальных условиях – хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Известно 66 минералов цинка, в частности цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит. Наиболее распространенный минерал – сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала – сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Из-за трудности определения этого минерала его называют обманкой.Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента: смитсонит ZnCO₃, цинкит ZnO, каламин 2ZnO · SiO₂ · Н₂O. На Алтае нередко можно встретить полосатую «бурундучную» руду – смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.

Примерно 50% мирового производства цинка расходуется на покрытие железных изделий с целью защиты их от ржавления.

Более 30% всего производства в мире цинка употребляется на производство сплавов. Благодаря способности давать сплавы с серебром и золотом,цинк используется в металлургии для извлечения благородных металлов.
Цинковая пыль применяется для осаждения золота и серебра из растворов при их получении гидрометаллургическим путем, для очистки растворов от меди и кадмия перед электролизом растворов цинка.

Оксид цинка широко используют при производстве резины и ее обработке. Он улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий. Широко используют чистый цинковый купорос при производстве корда-осных шин.

Цинк в природе как самородный металл не встречается. Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1–4 % Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50–60 % Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в оксид ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO₂ расходуется на производство серной кислоты. Чистый цинк из оксида ZnO получают двумя способами. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200 –1300 °C:

ZnO + С = Zn + CO (1)

Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожженной глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем – шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов цинк получают в шахтных печах с дутьем. Производительность постепенно повышалась, но цинк содержал до 3 % примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный цинк очищают ликвацией (то есть отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °C), достигая чистоты 98,7 %. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией дает металл чистотой 99,995 % и позволяет извлекать кадмий.

Основной способ получения цинка – электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) 93-94 %. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

Среднее содержание цинка в земной коре – 8,3·10^-3 %, в основных извержённых породах его несколько больше (1,3·10^-2 %), чем в кислых (6·10^-3 %). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.

Подтвержденные запасы цинка всех континентов составляют примерно 275,9 млн. т, из которых на Азию приходится 38,2%, Америку – 24,8%, Европу – 15,5%, Австралию – 14,5%, Африку – 7%.

Месторождения цинка известны в Австралии, Боливии.

На территории России, по оценкам российских специалистов, расположены 17% мировых запасов цинка. Наиболее богатые цинковые месторождения России показаны в таблице 1. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО "ГМК Дальполиметалл [1].

Таблица 1 – Основные цинковые месторождения Российской Федерации

Ведущими компаниями – производителями рафинированного цинка в мире являются: «Xstrata/Falconbridge» (Швейцария), «Zinifex» (Австралия), «Glencore» (Швейцария), «Korea Zinc» (Республика Корея), «HZL» (Индия), «Teck Comincо» (Канада), «Hunan Zhuzhou Smelter» и «Liaoning Huludao Zinc» (Китай).

Мировое производство цинка за 9 месяцев 2012 года составило 9,378 млн. тонн.

За январь-сентябрь 2012 г. челябинский цинковый завод выпустил 121,335 тыс. т товарного цинка марки Special High Grade (SHG) [2].