Главная  Энциклопедии  Словари  Добавить в Избранное



Цинк

Цинк (фр., англ. Zinc, нем. Zink; хим. знак Zn, ат. вес 65,4). — Хотя сплавы Цинк (напр., с медью — латунь, см.) известны были человечеству с глубокой древности, но получение самого Цинк в отдельности относится к сравнительно недавнему времени — XV или XVI в.; может быть, он и был известен древним египтянам, но сведения о нем впоследствии утратились. Существуют указания, что Цинк получал в XV в. Василий Валентин (Basilius Valentinus), который дал название "Zinken" остаткам своих реторт. Парацельс в XVI в. впервые описал Цинк и отнес его к группе полуметаллов; при этом название Zinken как сам Парацельс, так и его преемники относят не к металлу Ц., а к цинковым рудам, Лемери еще смешивал Цинк с висмутом. Благодаря работам Глаубера, Гомберга, Кункеля и Сталя было установлено, что латунь есть сплав меди с Ц., однако до конца XVIII в. Цинк относился к полуметаллам, и еще Венцель в 1773 г. предполагал, что в состав Цинк входит фосфор. Цинк изредка встречается в природе в самородном состоянии; обыкновенно он находится в виде смеси угле- и кремнецинковой солей (галмей) и в соединении с серой — цинковая обманка (см.); иногда он попадается в виде окиси или сернокислого Цинк вместе с окисями или сернокислыми солями других металлов, напр., железа, алюминия, кадмия и др. По Локьеру, Цинк находится на солнце; некоторые растения содержат Цинк и встречаются, главным образом, на почве, содержащей Ц. Залежи цинковых руд в России известны в Польше, в Донецком крае и на Кавказе. В Германии он встречается, главным образом, в Силезии; залежи цинковых руд находятся также в Бельгии, в Сев.-Амер. Соед. Штатах, в Англии, во Франции и пр.

Физические свойства. Цинк представляет металл синевато-белого цвета; в чистом виде кристаллизуется в формах гексагональной системы, при содержании же примесей — в правильной системе, так что некоторые считают его диморфным. Уд. в. Цинк меняется в зависимости от условий обработки, медленного или быстрого охлаждения при отливке, вальцовки, прессования и пр. По Кальбауму, уд. в. d420 = 6,9225 для Цинк не прессованного и 7,1272 — для прессованного. Цинк тверже олова, однако, настолько мягок, что засоряет напильник. При обыкн. темп. Цинк (в особенности продажный) довольно хрупок и ломок, так что его нельзя тянуть и вальцевать; при нагревании же до 100 — 150° вязкость и тягучесть его сильно возрастают, и из него можно тянуть проволоку и выкатывать листы. Полученные продукты сохраняют свою вязкость и при обыкн. темп. При дальнейшем нагревании хрупкость Цинк вновь возрастает, и при 200° его можно толочь в порошок. Крепость литого Цинк не более 2 кг на 1 кв. мм, прокатанного же — 17— 19 кг. Подобная разница в вязкости и крепости находится в связи с микроструктурой Ц. Коэффициент линейного расширения Цинк значительно больше, чем для других употребительных металлов, причем он различен для образцов Цинк различной обработки. Для кованного металла он равен 0,00002193 (между 0° и 100°); цинковый прут, отлитый горизонтально, расширяется меньше, чем отлитый вертикально. Коэфф. объемн. расширения равен 0,000089. Темп. плавл. Цинк около 418°; скрытая теплота плавл. 2813 cal. Темп. кип. около 920°; в пустоте он заметно улетучивается гораздо раньше и в таких условиях может быть очищен перегонкой от других металлов. Теплоемкость Цинк при 0—20°, по Реньо, = 0,0956. Электропроводность, по Беккерелю, при 12 — 13° = 24,114. (Ag = 100). Цинк очень диамагнитен и принадлежит к наиболее электроположительным металлам. Спектр Цинк дает полосы в оранжевой, желтой, зеленой и голубой части солнечного спектра.

Химические свойства. В сухом воздухе Цинк не изменяется; во влажном же он быстро покрывается прочной белой пленкой водной окиси и углекислого Ц., которая затем уже предохраняет металл от дальнейшего изменения. Цинк в куске очень медленно разлагает воду; если же взять цинковую пыль, то разложение идет быстрее. Прибавка ничтожных количеств щелочей или кислот значительно ускоряет реакцию разложения. При накаливании Цинк легко разлагает воду. При накаливании на воздухе Цинк загорается и горит с ослепительным блеском. Кислоты серная, соляная, азотная, уксусная и др. растворяют Ц. Много опытов было сделано относительно растворения Цинк в серной и соляной кисл., что вызвано было отчасти применением Цинк для приготовления гальванических элементов. Химически чистый Цинк на холоду (по Кальверту и Джонсону) почти не изменяется в крепкой серной кисл.; при употреблении разбавленной кислоты скорость растворения Цинк с разбавлением изменяется так: в продолжение 2 час. из 2 г Цинк в кислоте Н 24 · Н 2 O растворилось 0,002 г, а в кислоте Н 24· 7Н 2O — 0,035 г; при этом с крепкой кислотой образуется, главным образом, сероводород. При нагревании взаимодействие усиливается; однако, скорость реакции остается все-таки незначительной. При соприкосновении Цинк с другими металлами, напр., платиной, золотом, медью и пр., скорость реакции его с серной кислотой увеличивается во много раз, что сопровождается, как известно, развитием электрического тока. Продажный Ц., в особенности в виде порошка, растворяется в серной кислоте различной концентрации очень легко; при этом с разбавленной кислотой получается, главным образом, водород, а с крепкой — к водороду присоединяется в большом количестве сернистый газ и сероводород. При увеличении давления реакция сильно затрудняется. Отсутствие взаимодействия между химически чистым Цинк и серной кислотой объясняется образованием на поверхности металла тонкого слоя водорода, который препятствует соприкосновению кислоты с металлом. По опытам Веезена, растворение Цинк серною кислотой в пустоте идет скорее. Продажный Цинк содержит различные примеси, которые образуют с Цинк замкнутые гальванические пары. Продажный амальгамированный Цинк относится к серной кислоте подобно химически чистому Ц. Действие соляной кисл. на Ц., в общем, сходно с действием серной кисл. Азотная кислота растворяет Ц., при чем образуются различные продукты восстановления до аммиака включительно. Щелочи КНО, NaHO растворяют Цинк с выделением водорода. Многие из солей в водном растворе тоже способны растворять Ц., чему в некоторых случаях способствует присутствие кислорода воздуха. Из многих солей при этом вытесняются металлы. В периодической системе элементов Менделеева Цинк помещается во и группе между магнием и кадмием и по своим физическим и химическим свойствам является промежуточным между ними.

Состав соединений Ц. выражается общей формулой ZnX 2, где Х — одноатомный элемент или одновалентная группа. Цинк соединяется с кислородом, галоидами, серой и дает многочисленные сплавы с металлами. С кислородом Цинк дает только окись состава ZnO. Она образуется при горении Цинк на воздухе, при обжигании цинковой обманки ZnS, при разложении углекислого, азотнокислого Цинк и пр.; полученная в этих условиях ZnO представляет белый аморфный порошок, уд. в. 5,4—5,5. ZnO получается и в кристаллическом виде (в гексагональной системе) с уд. в. до 5,78. Аморфная ZnO при нагревании становится желтой, а при охлаждении принимает прежний цвет; объясняется это образованием частиц ZnO различной степени уплотнения. При образовании частицы ZnO выделяется, по Дитту, 44258 cal. ZnO почти не растворима в воде (1 ч. в 55400 ч. воды; однако этот раствор изменяет цвет чувствительной лакмусовой бумаги). Щелочи растворяют ZnO. Она соединяется с окислами других металлов, напр., с Аl 2 О 3, Fе 2O3 и пр., образуя минералы (ганит, франклинит и проч.); соединяясь с кислотами, ZnO дает разнообразные цинковые соли. В технике ZnO имеет большое применение как белая краска — цинковые белила. Окиси Цинк отвечает гидрат состава Zn(HO) 2. Он получается при действии щелочей на растворенные цинковые соли. Zn(HO) 2 известен как в аморфном, так и в кристаллическом виде. В воде он нерастворим, но растворяется в щелочах. При сильном разбавлении водой вновь выделяется Zn(HO) 2, а при прибавлении спирта гидрат состава (NaOHZnO) 2 ·7H2 O. При действии перекиси водорода на свежеприготовленный Zn(HO) 2 получается гидрат перекиси Zn, состав которого точно не установлен.

Галоидные соединения. При кипячении ZnO с фтористоводородной кислотой получаются кристаллы состава ZnF 2 + 4Н 2 O, которые, теряя воду, дают фтористый Ц. ZnF2 — вещество, мало растворимое в воде и совсем нерастворимое в спирте, дающее двойные соли с фтористыми металлами, напр., ZnF 2·2KF, ZnF2· NaF и пр. Хлористый Ц. ZnCl2, безводный, получается при нагревании Цинк в струе хлора, также — при перегонке смеси сернокислого Цинк с хлористым кальцием или поваренной солью. Растворяя в соляной кисл. Zn, ZnO или углекислый Ц., ZnCO 3, и концентрируя растворы, получают гидраты хлористого Ц.,

ZnCl2 + H2O; 2ZnCl2 + 3H2O; ZnCl2 + 2H2O; ZnCl2 + ЗН 2 O и др. При нагревании их происходит разложение и образуется хлорокись Ц.; при красном калении ZnCl 2 улетучивается, темп. кип. его около 730°. Он очень гигроскопичен и на воздухе расплывается. Растворимость ZnCl 2 в воде очень велика. Нижеследующая таблица показывает уд. в. растворов галоидных соединений Ц.

Содержание соли, % Удельный вес при 19,5°/19,5°
ZnCl2 ZnBr2 ZnJ2
5

10

20

30

40

50

60

1,045

1,091

1,186

1,291

1,420

1,566

1,740

1,045

1,093

1,204

1,330

1,475

1,650

1,875

1,045

1,091

1,196

1,368

1,420

1,650

1,875

По Дитцу, растворимость хлористого Цинк (рассчитывая по количеству частиц воды, приходящихся на 1 частицу ZnCI 2 для получения насыщенного раствора) несколько различна, в зависимости от того, какой берется исходный материал для приготовления растворов, т. е. ZnCl 2, ZnСl 2 + Н 2 O и пр.; в зависимости от температуры полученный раствор находится в устойчивом или неустойчивом состоянии. Такие явления наблюдены им для бромистого и йодистого Ц. Спирт тоже в значительном количестве растворяет ZnCl 2. При концентрации таких растворов получаются кристаллы, содержащие спирт. Благодаря большому сродству к воде, ZnCl 2 служит для отнятия ее при различных синтезах в органической химии. В технике ZnCl 2 играет большую роль для пропитывания дерева (см.), чтобы предохранить его от гниения, при спаивании металлов и пр. ZnCl 2 способен давать многочисленные соединения с другими частицами. С окисью Ц. ZnCl 2 образует целый ряд так назыв. хлорокисей напр.,

ZnCl2· 3ZnO + 2Н 2 O, или + 4Н 2 O, или + 5Н 2 O, затем

ZnCl2· 4ZnО + 11Н 2O; ZnCl2· 5ZnO + 3Н 2 O и пр.

Хлорокиси получаются при кипячении или размешивании раствора хлористого Цинк с ZnO, при действии на него аммиака, при выпаривании досуха раствора ZnCl 2 и пр. Одни хлорокиси при нагревании теряют часть воды, другие при обработке водой отдают ей часть ZnCl 2. Все это по большей части вещества аморфные, нерастворимые в воде, способные еще вступать в соединения с другими окислами. Они имеют применение для приготовления замазки, для образования пластической, легко твердеющей массы, как краска и пр. При растворении ZnCl 2 в крепком аммиаке, в зависимости от условий опыта (температуры и пр.) получаются соединения ZnCl 2 с 1, 2, 4, 5, 6 частицами NH 3; это сопровождается выделением большого количества тепла, именно, по Изамберу, на 1 частицу NH 3 при образовании ZnCl 2·2NH3 выделяется 22080 cal., ZnCl 2·4NH3 — 16990 cal., ZnCl2·6NH3 — 14980 cal. Для ZnCl 2 известны многочисленные двойные соединения с NH 4Cl, KCl, NaCl, BaCl2, MgCl2 и пр. Бромистый Ц. ZnBr2 получается при нагревании Цинк в парах брома, при растворении ZnO и Zn в бромистоводородной кисл., выпаривании и перегонке, чтобы получить безводную соль. ZnBr 2 растворяется в эфире и спирте и еще более жадно соединяется с. водой, чем ZnCl 2. Известны гидраты с 1, 2, 3 частицами воды. Уд. в. растворов см. выше. ZnBr 2 соединяется с ZnO, образуя бромокиси Ц., с аммиаком, дает двойные соединения с бромистыми металлами и вообще по своим свойствам напоминает ZnCl 2; кипит между 650 — 6 99°, по разным данным. Йодистый Ц. ZnJ2 в безводном виде получается при действии йода на Ц.; сходен с ZnCl 2 и ZnBr 2. Известен гидрат ZnJ 2 + 2 Η 2 O. Уд. в. растворов его см. выше.

Соли кислородных кислот. Азотнокислый Цинк Ζ n(ΝΟ 3)2 получается при растворении окиси Ц., гидрата или углекислого Цинк в азотной кислоте (при растворении Zn в HNO 3 образуется много азотистокислого Ц.), кристаллизуется с 6 частицами воды, которую теряет при высушивании над серной кисл. или в струе сухого воздуха при нагревании. При прокаливании Zn(NO 3)2 разлагается, выделяя элементы азотной кисл.; для Zn(NO 3)2 известен ряд основных и двойных солей. Сернокислый Ц. ZnSO4 встречается в природе в безводном состоянии в виде минерала цинкозита; с водой он дает гидрат ZnSO 4 + 7H2 O, так наз. цинковый купорос. Последний образуется при окислении на воздухе цинковых руд, содержащих серу и при обжигании цинковой обманки. В чистом виде он получается при растворении Zn, ZnO, ZnCO 3 и др. в разбавленной серной кисл. в виде больших кристаллов ромбической системы. Уже на воздухе соль теряет часть воды; выше 100° уходит 6Н 2 O, а последняя частица удаляется с большим трудом. ZnSO 4 легко растворяется в воде, именно, 100 частей воды растворяют при: 0° — 43,02 ч. ZnSO 4 (ZnSO4 + 7H2O — 115,22); 20° — 53,13 (161,49); 40° — 63,52 (224,05); 60° — 74,20 (313,48); 80° — 84,60 (442,62); 100° — 95,03 (653,59). Для сернокислого Цинк известны многочисленные основные и двойные соли. Углекислый Ц. ZnCO3 встречается в природе в виде минерала, цинкового шпата; он часто сопровождается основной солью ZnCO 3 + 2Zn(HO)2цинковым цветом. При осаждении растворов сернокислого Цинк углекислыми щелочами получаются основные соли различного состава в зависимости от температуры; двууглекислые соли, напр., КНСО 3, на холоду дают гидрат углекислого цинка 2ZnCO 3·3H2 O. При высушивании из него можно получить другие гидраты с меньшим содержанием воды. Основные углекислые соли Цинк растворяются в воде, содерж. углекислоту, аммиак, углекислый аммоний и даже немного в водных растворах соды; в технике служат для приготовления белой краски.

Сернистый Ц. ZnS встречается в природе в виде минерала, цинковой обманки (см.). В безводном состоянии он образуется при сдавливании смеси порошка Цинк с серой, при нагревании ZnO в парах серы или в струе сероводорода. При осаждении растворов цинковых солей сероводородом в отсутствии минеральных кислот или сернистым аммонием образуется гидрат сернистого Цинк c. различным содержанием воды. Сернистый Цинк белое вещество, нерастворимое в воде и уксусной кислоте, легко растворимое в соляной, серной и азотной кисл.; при накаливании на воздухе дает ZnO и частью ZnSO 4. Существуют указания на существование разновидности ZnS, растворимой в воде. При осаждении растворов цинковых солей многосернистым калием получается ZnS 5. С азотом Цинк дает прочное соединение Zn 3N2азотистый Ц. Цинк дает целый ряд углеводородистых соединений (см. Металлоорганические соединения). С другими металлами Цинк дает сплавы, о которых см. Латунь, Томпак, Нейзильбер и Сплавы.

Атомный вес Ц. за последние 20 лет определялся несколько раз. B à ubigny нашел 65,41, Marignac — 65,30, Reynods и Ramsay — 65,67; Morse, Burton — 65,27; Gladstone, Gibbert — 65,44 и, наконец, в последнее время (1895 г.) Richards, Rogers — 65,406 (О = 16). Способы определения атомного веса Ц., по Ричардсу, можно разделить на несколько категорий: 1) перевод взвешенного количества Цинк в окись (Morse, Burton). 2) определение количества водорода, выделяемого Цинк из кислот, взвешиванием или сжиганием (Reynods, Ramsay). 3) превращение цинковой соли в окись Цинк нагреванием (Baubigny). 4) определение электрохимического эквивалента Цинк (Gladstone, Hibbert), и 5) анализ галоидных соединений Цинк (Marignac, Richards, Rogers). Из всех этих способов, по мнению Ричардса и Роджерса, наибольшего внимания заслуживает последний. Именно, чтобы получить ZnO из взвешенного количества металлического Ц., наиболее простой прием состоит в том, что растворяют Цинк в азотной кисл. (как это и делали Morse, Burton) и прокаливают полученную азотнокислую соль; но в этих условиях, как показал Ричардс, в ZnO всегда остается некоторое количество окислов азота. Бобиньи прокаливал ZnSO 4, чтобы перевести ее в ZnO, но этим путем не удается удалить всей серной кисл. Определение водорода, выделенного навеской металлического Ц., представляет большие экспериментальные трудности и дает колеблющееся результаты. Наконец, определение электрохимического эквивалента Ц., произведенное Гладстоном и Гиббертом таким образом, что при прохождении электрического тока в одном сосуде растворялся амальгамированный Ц., а в другом. осаждалось серебро, основано на законе Фарадея, который может привести к неточным выводам, благодаря побочно идущим реакциям. Ричардс и Роджерс сделали определение атомного веса Цинк таким образом: они приготовили чистый бромистый Ц., исходя из чистой ZnO, и в полученном ZnBr 2 было определено содержание брома в виде AgBr по способу Стаса; отсюда, зная атомный вес брома, уже можно вычислить атомный вес Ц. Для получения чистой ZnO Цинк растворяли в чистой разбавленной серной кислоте (при избытке Zn), обрабатывали сероводородом и превращали последовательно несколько раз в углекислый Цинк (употребляя азотную кисл. для растворения) сначала осаждением содой, а затем углеаммиачной солью. Углекислый Цинк прокаливался на спиртовой лампе для перевода его в ZnO. Для получения ZnBr 2 растворяли ZnO в чистой НВr, выпаривали досуха и возгоняли в струе углекислоты или нагревали в токе бромистого водорода.

Анализ цинковых соединений. Качественное определение Ц. основывается на получении белого осадка ZnS, растворимого в минеральных кислотах и нерастворимого в уксусной кисл., щелочах и сернистом аммонии, и по образованию осадка Zn(НО) 2, растворимого в NaHO и NH 3. Количественное определение Цинк производится: I) весовым способом; II) объемным способом; III) электролизом и IV) методом газового анализа.

I) При весовом способе Цинк переводится в ZnO или ZnS и в таком виде взвешивается. Азотнокислый, уксуснокислый, углекислый, щавелевокислый Цинк прокаливанием переводятся в ZnO. Из других растворимых в воде солей или получают ZnCO 3 или щавелевокислый Ц. В первом случае к раствору цинковой соли прибавляют при кипячении в небольшом избытке соды, кипятят, дают ZnCO 3 осесть и промывают его горячей водой на фильтре. Осаждение лучше вести в платиновой чашке; присутствие аммиачных солей вредит реакции (аммиак удаляют кипячением с содой). После высушивания ZnO тщательно удаляется с фильтра и прокаливается; фильтр сжигают отдельно, смочив его раствором азотноаммиачной соли. После прокаливания ZnO пробуется на содержание кремнезема (если осаждение производилось не в платиновой посуде) и на присутствие соды. Для выделения Цинк в виде щавелевокислой соли к концентрированному раствору цинковой соли прибавляют раствора средней щавелевокалиевой соли (1 ч. соли, 3 ч. воды), пока образовавшийся осадок не растворится, осаждают избытком уксусной кислоты, дают стоять 6 ч. при 50°, фильтруют, промывают смесью равных объемов воды, спирта и уксусной кислоты, высушивают и прокаливают. Для выделения Цинк в виде ZnS лучше всего поступать таким образом. Нейтрализуют свободные минеральные кислоты аммиаком, прибавляют в избытке уксуснонатриевой соли, несколько капель уксусной кисл. и пропускают в нагретый до кипения раствор сероводород, пока раствор не охладится. ZnS промывают водой, к которой прибавляют ΝΗ 4 ΝΟ 3, высушивают, смешивают с серой и прокаливают в тигле Розе в струе водорода. Иногда ZnO получают кипячением раствора цинковой соли с желтою окисью ртути.

II) Из различных способов объемного анализа наибольшим распространением пользуются способы Шафнера и Галетти. Способ Шафнера состоит в том, что Цинк осаждается титрованным раствором сернистого натрия; индикатором служит образование окрашенных сернистых соединений тяжелых металлов. Для приготовления титрованного раствора сернистого натрия растворяют в воде кристаллы продажного односернистого натрия Na 2S + 9H2 O и определяют его титр по Ц. Для этого растворяют в соляной или серной кисл. 10 г чистого Цинк или 12,46 г ZnO, прибавляют 5 — 6 г нашатыря и приливают постепенно столько аммиака, что получившийся в первый момент осадок растворяется; затем доливают до 1 литра. Взяв известное количество раствора сернистого натрия, прибавляют из бюретки цинкового раствора, пока индикатор не покажет исчезновения сернистой щелочи. Как индикатор, берется глянцевитая бумага, покрытая слоем углекислого свинца, блестящая серебряная пластинка (здесь много вредит аммиак) и др. Сернистый натрий разбавляется водой так, чтобы 1 куб. см его отвечал 1 куб. см вышеуказанного цинкового раствора. При анализе цинковых соединений прибавляют к раствору их аммиака, приливают сернистого натрия в небольшом избытке и обратно титруют цинковым раствором. Результаты зависят от разбавления растворов, количества аммиака и пр. Неудобством этого способа является изменяемость растворов сернистого натрия при хранении. Способ Галетти, разработанный Конинком и Простом, основан на получении железисто-синеродистого Цинк при помощи раствора железисто-синеродистого калия. Индикатором служат соли различных металлов, напр., азотнокислый уран, который дает с K 4Fe(CN)6 бурое окрашивание. Конинк и Прост показали, что при приливании к цинковой соли раствора желтой соли, образуется двойная соль состава K 2Zn3Fe2(CN)12, но для полного образования ее требуется некоторое время, около 15 мин.; избыток желтой соли благоприятствует этому. В первый момент после своего образования она имеет студенистый вид и реагирует с азотнокислым ураном как желтая соль, но скоро уплотняется и перестает действовать на него. Различные окисляются вещества вредят реакции; для удаления их прибавляется сернистокислый натрий. Марганец должен быть удален предварительно, так как он тоже осаждается желтой солью. Для анализа готовить раствор хлористого цинка, растворяя 10 г цинка в небольшом количестве соляной кислоты, разбавляют водой, нейтрализуют содой и доливают до 1 литра. Затем готовят раствор желтой соли 26,99 г или ровно 27 г на 1 л. По уравнению:

3ZnCl2 + 2[K4Fe(CN)6 + ЗН 2O] = K2Zn3Fe2(CN)12 + 6KCl + 6H2 O; 1 куб. см этого раствора отвечает, примерно, 0,00625 г Ц. При титровании на каждые 0,005 г Цинк берут 1 куб. см, имея, таким образом, избыток желтой соли. Раствор азотнокислого урана готовится 1%-ный; раствор сернистокислого натрия

Na2SO3 + 7H2 O, делается 10%-ный. Соотношение между раствором хлористого Цинк и желтой солью устанавливают таким образом. Берут 20 куб. см цинкового раствора, прибавляют 2 капли Na 2SO3, 50 куб. см раствора нашатыря, 10 куб. см соляной кисл. у. в. 1,075 и приливают 40 куб. см раствора желтой соли. Смешав, дают стоять 10—15 мин. и титруют обратно цинковым раствором, беря по временам каплю жидкости и смешивая ее с каплей уранового раствора. При анализе точно придерживаются условий, при которых установлен титр. Раствор желтой соли хорошо сохраняется в отсутствии света.

III) Определение Цинк электролизом производится в платиновой чашке предварительно покрытой медью или серебром, так как при удалении Цинк после анализа поверхность покрывается налетом платиновой черни, который приходится удалять механически. Для электролиза к крепкому раствору цинковой соли (лучше всего в виде ZnCl 2 или ZnSO 4) прибавляют 4 г щавелевокислого калия или аммония, нагревают, чтобы все растворилось, и разлагают при 50—60° током 0,5—1 А (3,5 — 4,8 В.). Пропустив ток 5 минут, начинают приливать в чашку (через отверстие в покрывном стекле) из бюретки 6%-ного раствора винной кислоты со скоростью 10 капель в 1 мин. Через 2 часа пробуют на полноту осаждения желтой солью. Когда разложение кончилось, промывают сначала водой, не прерывая тока,затем спиртом, сушаг и взвешивают.

IV) Применение методов газового анализа для определения Цинк состоит в том, что собирают и измеряют водород, выделившийся при растворении металлического Ц. Для этой цели могут быть применены разнообразные приборы. Для отделения Цинк от других металлов чаще всего пользуются свойством ZnS растворяться в минеральных кислотах. Так, напр., поступают при отделении от меди или кадмия. Медь отделяется также в виде роданистой меди. Лучший способ отделения меди от Цинк заключается в электролизе растворов в присутствии азотной кисл. при напряжении тока не более 1,4 В. Серебро и ртуть отделяются от Цинк на основании нерастворимости хлористых соединений (для ртути в виде закиси), свинец — в виде сернокислой соли, олово — в виде оловянной кислоты и пр. Сера открывается в Цинк при содержании 1:10000000 част., а уголь 1:100000. Для удаления их достаточно расплавить Цинк и профильтровать через асбестовый фильтр.

С. Вуколов. Δ .

Цинк (техн.). Из различных минералов, содержащих Ц., для техники наиболее важными являются галмей ZnCO 3, Zn2SiO4 + Η 2 O и цинковая обманка ZnS, которые образуют довольно мощные залежи в разных местах земного шара. Извлечение Цинк из этих руд ведется, главным образом, двумя способами. Наиболее распространенный, так назыв. сухой способ состоит в том, что подготовленная соответственным образом руда (см. Руды и их обработка) смешивается с углем и накаливается без доступа воздуха; восстановленный углем Цинк обращается в пар и сгущается в назначенных для этого приемниках. Второй способ основан на разложении цинковых солей электрическим током.

I. При получении Цинк сухим путем одну из существеннейших операций составляет подготовка руды. При употреблении галмея эта подготовка довольно проста. Отобранная, так или иначе обогащенная руда подвергается прокаливанию, причем удаляется углекислота и вода:

ZnCO3 = ZnO + СО 2;

делается это по той причине, что цинк в парах разлагает углекислоту и воду и переходит в окись:

Zn + СО 2 = ZnO + СО

и Zn + H 2O = ZnO + H2,

и, таким образом, выделение их во время самого процесса восстановления будет понижать выход Ц. Прокаливание галмея полезно еще и по той причине, что при этом руда, теряя ⅓ — ¼ с воего веса, сильно разрыхляется и делается более удобной для восстановления. Обжигание галмея ведется различно в зависимости от степени измельчения руды. Руда в крупных кусках обжигается в непрерывно действующих шахтных печах, подобных тем, которые употребляются для обжига известняков, плотных ртутных руд и пр. (см. Руды и т. д.). В одних случаях руда поступает в печь вперемежку с топливом, которым здесь служит тощий каменный уголь и коксовая мелочь, т. е. загружается слой топлива, затем слой руды и т. д. Недостатком этого способа обжига является то, что руда загрязняется золой от топлива и, кроме того, есть опасность улетучивания Цинк вследствие высокой темп.; в других случаях топка у печи делается отдельно, и только одни топочные газы проходят через толщу руды, наполняющей шахту печи. В этом последнем случае для топки берется дерево, пламенный уголь и другие виды топлива, дающие длинное пламя. Хотя зола не примешивается здесь к руде, но зато расход топлива больше. В Силезии иногда соединяют печи для обжигания цинковой руды с печами, где происходит восстановление Ц., стараясь воспользоваться их теряющимся жаром таким образом, что топочные газы из последних идут в первые и проходят там через слой руды. Как одни, так и другие печи делаются невысокими (до 5 — 6 м) при диам. шахты до 3 м в широкой части; производительность первых печей в 24 ч. доходит до 30 тонн при расходе топлива в 3—4% от веса руды, а вторых — до 14 тонн при расходе топлива 6 — 9%. Для обжигания галмея в виде рудной мелочи служат не шахтные, а пламенные печи с неподвижным горизонтальным или наклонным подом, по которому руда передвигается вручную с одного конца в другой. Длина пода делается до 14 м при ширине не более 2,5 м; высота свода 0,4—06 м. Смотря по характеру руды, производительность печи в сутки меняется от 3 до 10 тонн при расходе топлива 10 — 15% по весу руды. Обжигание галмея как в шахтных, так и в пламенных печах должно вести с большой осторожностью, не доводя процесса до восстановления руды, так как тогда образуется некоторое количество Ц., который будет обращаться в пар и уноситься топочными газами, что ведет к большой потере цинка. Обыкновенно при обжиге цинкового шпата процесс ведется так, что в обожженной руде остается до 7 — 8% углекислоты. Так как обожженная руда при лежании на воздухе поглощает углекислоту и воду, то ее стараются, по возможности, скорее пустить в дальнейшую переработку. Когда для добывания Цинк берут цинковую обманку, предварительная подготовка руды является гораздо более затруднительной, чем при употреблении галмея. Подготовка цинковой обманки, как это делается и вообще с сернистыми рудами (напр., медным колчеданом и пр.) состоит в превращении руды из сернистой в кислородную, так как последняя восстановляется углем вообще легче сернистой. Для этого руду обжигают на воздухе, причем сера выгорает, образуя сернистый газ, а Цинк дает окись Цинк по уравнению:

ZnS + 3O = ZnO + SO2.

Эта операция представляет большие затруднения, во-первых, потому, что вместе с окисью Цинк образуется некоторое количество сернокислого Ц., который при восстановлении углем вновь переходит в сернистый Ц., последний в дальнейшем остается без изменения и поступает в отброс, так что часть Цинк теряется; с другой стороны, благодаря присутствии других сернистых соединений, напр., свинца, железа и пр., руда при обжигании спекается, что затрудняет доступ кислорода внутрь ее. По причине этих обстоятельств, даже при тщательной работе в обожженной руде остается не менее 1—2% серы. Опыты Проста показывают, что не вполне обожженная цинковая обманка, содержащая железо, дает больший выход Ц., чем руда с примесью свинцовых соединений, благодаря, вероятно, действию железа на сернистый Ц. Обжиг цинковой обманки производится обыкновенно в муфельных печах различной конструкции, дающих возможность утилизировать выделяющийся сернистый газ (напр., для производства серной кислоты или при получении жидкой сернистой кислоты и пр.), руда предварительно сильно измельчается. Для обжига цинковой обманки иногда применяют и пламенные печи, выпуская сернистый газ прямо на воздух.

Из различных способов, применяемых для восстановления подготовленной цинковой руды, наибольшим распространением пользуются так наз. бельгийский и силезский способы. Различие между ними заключается в устройстве как печей, так и приспособлений для помещения восстановленной руды и для конденсации паров Ц. Эти различия были вызваны историческими особенностями в характере имевшегося в распоряжении топлива, огнеупорного материала и богатством руды. По бельгийскому способу, нашедшему широкое применение на заводах общ. Vieille Montagne, восстановление цинковой руды производится в трубах из огнеупорной глины, которые в большом количестве располагаются в печи одна над другой. Первоначально печи по своей конструкции напоминали вертикальные пламенные печи, для нагревания которых имелось под рукой местное топливо, горящее длинным пламенем; в печь помещалось до 20 труб, которые давали возможность переработать до 500 кг руды в сутки. С течением времени размеры печей были увеличены соединением их в одно целое по несколько штук, для нагревания были введены газовые генеративные топки с приспособлениями для подогревания поступающего воздуха (рекуператоры), а иногда и для подогревания генераторного газа. На фиг. 1 и 2 изображена одна из таких печей (двойная).

 Цинк

1,2 — Бельгийские ретортные печи. 3 — Ретортная печь Баб é. 4 — Ретортная печь Нейрентера. 5,6 — Муфельная печь Францисци; 7,8 — Шахтная печь Армстронга. 9,10 — Шахтная печь Себилло. 11, 12 — Печь для рафинирования Ц.

Вдоль каждой печи идет сводчатая топка, выложенная огнеупорным фасонным кирпичом. Кирпичная перегородка разделяет печь на две половины и в каждой из них находится 6 рядов цилиндрических реторт с восстановляемой рудой; они лежат несколько наклонно, причем своей задней частью помещаются на выступах вышеупомянутой перегородки. В 5 нижних рядах находится по 8 реторт, а в верхнем только 6; всех реторт, следовательно, в одной печи 92, а в двух 184. Каждые 2 вертикальных ряда реторт отделены узкими стенками, на которых находятся плиты, служащие для поддержки переднего конца реторты. Нагретые топочные газы через отверстие в своде входят в одну и другую половину печи, проходят между ретортами и затем через дымоход направляются в вытяжные трубы, которых на каждой печи две, высотой в 7 м. Зола с топочной решетки сбрасывается в канал, соединяющийся с особой ямой, находящейся перед печью, куда выгружают остатки из реторт. Реторты делаются круглой или эллиптической формы в разрезе; первые бывают 16—17 см шир. и до 1,2 м длиной при толщине стенок 25—30 см в передней части и до 40 см в задней. Для приготовления их служит смесь глины с шамотом, коксом и, в некоторых случаях, с чистым кварцевым песком. Пропорция материалов зависит от качества глины, которая должна быть наивысшего сорта и наиболее огнеупорна. На одном из заводов в Прейоне берут 30% сырой глины, 27% обожженной глины, 18% кокса, 15% обломков старых реторт и 10% песка. Песок должен быть не слишком крупный, ровный. Кокс берется потому, что он повышает крепость материала, делает его более непроницаемым для паров Цинк и более стойким по отношению к расплавленным шлакам. Взятые вещества хорошо перемалываются, перемешиваются, и из полученной однородной массы реторты готовятся обыкновенно механическим путем при помощи прессования. Полученные реторты должны быть осторожно высушены; для этого сначала держат их некоторое время на вольном воздухе и затем переносят в сушильню, температура которой постепенно поднимается. Сушка тянется 6 — 7 недель, поэтому запас их должен быть значителен. Перед употреблением реторты обжигаются, так что еще в горячем состоянии могут быть помещены в печь и загружены рудой. Для сгущения паров Цинк служат приемники из менее огнеупорного материала, чем реторты; они имеют вид конических трубок, которые своим широким концом вставляются в реторту и примазываются глиной. На узкий конец приемника надевается сосуд из листового железа, аллонж, для удержания частиц Ц., уносимых током газа из реторты. В реторты загружается смесь обожженной руды с коксом (на 1 ч. руды ⅓—⅔ кокса), которые перемалываются предварительно и хорошо перемешиваются. При составлении шихты смешиваются цинковые руды различного происхождения так, чтобы получить смесь с определенным содержанием Цинк и, кроме того, такую, которая бы, по возможности, труднее плавилась, так как иначе может получиться расплавленный шлак, который будет проедать стенки реторты. Вообще вредно присутствие в руде металлических окислов, способных давать с кремнекислотой стенок реторты легкоплавкие шлаки, как, напр., закись железа. Раньше руды, содержащие окись свинца, считались не вполне пригодными для восстановления. На самом же деле окись свинца не так уж вредна для реторт, как это думали раньше, так как она легко восстановляется; однако при употреблении таких руд наблюдают, чтобы содержание свинца в смеси, приготовленной для восстановления, не поднималось очень высоко. Лучший способ предохранить реторты от разъедания состоит в увеличении пропорции кокса в смеси. Задтлер для переработки руд, содержащих значительное количество свинца и железа с примесью благородных металлов, предложил покрывать поверхность реторт слоем доломита или магнезита при помощи растворимого стекла или какого-либо спекающегося материала. Такие реторты менее разъедаются. Работа с описанной печью производится следующим образом. Когда восстановление загруженной в печь руды окончилось, осторожно вскрывают переднюю стенку печи и вытаскивают клещами реторты, относительно которых почему-либо замечено было, что они пришли в негодность; на их место из обжигательной печи ставят новые. После этого приступают к разгрузке и загрузке реторт. Для этого одни рабочие выливают Цинк из приемников и очищают их от цинковой пыли и коры, содержащей Ц., при помощи скребков; в это время другие рабочие кочергой выгребают из реторт огарок и подготовляют их ряд за рядом для новой операции. В очищенные реторты насыпают совком смесь руды с коксом, которая немного смачивается водой во избежание распыления. В верхние реторты, слабее нагреваемые, загружают руды меньше и присоединяют сюда цинковую пыль и кору. Загрузив ряд реторт, присоединяют к ним приемники и так переходят от одного ряда к другому, снизу вверх. Спустя некоторое время из нижних реторт начинает показываться синее пламя окиси углерода, которое затем переходит в белое от горения паров Ц.; тогда на приемники надевают аллонжи. Если приемник закупоривается, его прочищают железным прутом. Перегонка Цинк начинается при темно-красном калении, и только в конце операции температура сильно поднимается. Восстановление окиси Цинк производится как самым углем, так и окисью углерода. Вместе с Цинк перегоняются кадмий, мышьяк, сурьма, свинец; при этом пары Ц., встречая воздух, углекислоту или воду, образуют некоторое количество окиси цинка; часть цинка уносится током газа, часть его остается в огарке. Потери Цинк могут быть очень значительны: в прежнее время они составляли ⅓ всего Цинк и в настоящее время доходят до 14%. Вся операция длится около 12 час. Компания печи зависит от прочности свода над топкой. Приведем некоторые из новейших устройств для получения Цинк по этому способу. На фиг. 3 изображены в продольных вертикальном и горизонтальном разрезах реторты f, патентованные Бабе и Трикаром. Они состоят из длинной трубы а из огнеупорного материала соответственного состава, напр., из магнезии. Внутри реторты находится тонкая железная труба; промежуток между ними с наполнен смесью из 95 ч. магнезии и 5 ч. извести. При очень сильном накаливании железо размягчается и соединяется с футеровкой, образуя очень прочный слой. Реторта выдерживает сильнейшее нагревание в течение многих недель. Для загрузки реторты служит горло d; е приемник для Ц. Реторты располагаются в печи рядами. Авторы предлагают при восстановлении цинковой руды углем прибавлять соды, напр., на 1000 кг руды 150 кг соды и 100 кг угля; бедные руды смешиваются с углем и раствором соды и формуются в брикеты. На фиг. 4 изображена печь, патентованная Нейрентером. Регенераторы 1, 2, 3, 4, из которых 1, 4 служат для воздуха, а 2, 3 — для газа; в боковых стенках печи находятся чугунные рамы, выступы которых служат поддержкой свода 9; 10 — перегородка с выступами 11, делящая печь на 2 части; 12 — реторты. Благодаря очень высокой температуре, развиваемой в печи, восстановление руды происходит даже в верхних рядах реторт вполне удовлетворительно. Бельгийский способ получения Цинк требует хорошего огнеупорного материала для приготовления реторт и много ручного труда, благодаря небольшой емкости реторт. Поэтому его с выгодой можно применять только для переработки сравнительно богатых (не ниже 40% Ц.), легко восстановляемых руд. Для бедных, трудно восстановляемых руд более пригоден силезский способ. Особенность этого способа состоит в том, что восстановление руды производится в объемистых муфелях (вместимостью до 100 кг руды). Введение муфелей отчасти было вызвано характером топлива, дающего короткое пламя и, таким образом, мало пригодного для печей с трубчатыми ретортами бельгийского способа. Для нагревания муфелей устраивались в прежнее время пламенные печи, специально приспособленные для сгорания силезского угля. Вместе с тем, применение муфеля имело своего рода преимущества, отражавшиеся на стоимости выработки Ц., что представляло большое значение при увеличении производительности цинковых заводов и развитии конкуренции между ними. Прежде всего, при увеличении емкости муфеля уменьшилась ручная работа при процессе восстановления; кроме того, благодаря размерам муфеля явилась возможность делать стенки его более толстыми, чем для реторт, что значительно упрощает их выделку без ущерба для прочности. Муфелю дают обыкновенно высоту до 65 см, при ширине до 17 см и длине до 2 м; толщина стенок около 4 см. Выделка их, высушивание и обжиг требуют большого внимания. Отверстие муфеля во время работ закрывается крышкой, состоящей из двух частей; в верхней части находится отверстие для присоединения к муфелю приемника, а нижняя служит для разгрузки муфеля. Для накаливания муфелей в последнее время употребляются обыкновенно печи с генераторами и регенераторами, и количество помещаемых в них муфелей доходит до 70 и более, тогда как в печах старой конструкции их было около 20. В общем работа при этих печах такая же, как при бельгийском способе, но вся операция длится около суток. Расход на топливо при этом способе меньше, чем при бельгийском, но зато потери Цинк больше, благодаря отчасти пористости муфелей. Францисци предложил вертикально стоящие муфели, что позволяет легко производить их загрузку и выгрузку. Муфели d (фиг. 5 и 6) имеют кольцеобразную форму и делаются из магнезиального кирпича (основного), который является более непроницаемым для паров Цинк и, кроме того, обладает большей теплопроводностью, чем обычно применяемый материал. Для загрузки их существует несколько отверстий h, закрытых во время работы крышками t. Для опоражнивания муфеля имеется тоже несколько отверстий т с крышками п; огарок поступает в вагонетки о. Пары Цинк сгущаются в холодильнике k и стекают в приемник l; a — решетка. Топочные газы по каналу b поднимаются в шахту с, обогревают внутреннюю стенку муфеля d, спускаются в пространство е, охватывают наружную стенку муфеля и затем через канал f выходят в боров g. С 60-х годов прошлого столетия делаются попытки получать Цинк в непрерывно действующих шахтных печах, стремясь этим путем уменьшить расход топлива и потерю Ц., а также избежать употребления дорого стоящих реторт и муфелей. Трудность задачи заключается в летучести Цинк и способности его легко окисляться не только вследствие соприкосновения с воздухом, но и от взаимодействия с углекислотой и водой, благодаря чему получается много окиси Цинк и цинковой пыли. Основываясь на этом, предлагали, между прочим, получать из шахтной печи весь Цинк в виде окиси и затем перерабатывать его в ретортных печах. Армстронг взял патент на шахтную печь следующего устройства (фиг. 7 и 8). Печь окружена кожухом a, наполненным водой; верхняя часть ее имеет три отделения b, с, с, закрывающихся крышками t. Среднее отделение b наполнено смесью обожженной руды (100 ч.) с коксом (50 ч.); в отделениях с, с находится кокс или антрацит. Воздух приводится в печь трубами d, которые кончаются целой системой каналов е, проходящих водяной кожух а. Образующаяся при сгорании спускающегося вниз топлива окись углерода поднимается в средину печи и восстановляет окись Ц.; пары Цинк и углекислота, поднимаясь вверх, приходят в соприкосновение с новыми порциями нагретого топлива из отделения с. Углекислота здесь восстановляется опять в окись углерода, а пары Цинк выходят через отверстия g в конденсаторы. Последние имеют вид сифона, наполненного жидким Ц., который при помощи охлаждения в n держится в достаточно холодном состоянии (на несколько только градусов выше темп. плавления). Другие металлы, находящиеся в руде, стекают вниз и собираются в зумпфе k. Себилло предложил шахтную печь (фиг. 9 и 10), внутренность которой разделяется неполной перегородкой b на две камеры а и р; в a происходит плавление металлов, содержащих Ц., полученных при операции, а в p собственно идет восстановление цинковой руды. Та и другая камеры загружаются через одно общее отверстие. Камера p имеет решетку g с топкой. Через систему трубок с вдувается в печь воздух. К печи присоединена двухэтажная конденсационная камера, которая находится в сообщении с ней при помощи отверстий g. Нижняя камера h разделена неполными перегородками i то поднимающимися с пола, то спускающимися с потолка. Конец камеры l продолжается в вытяжной канал т с заслонкой n. Верхняя камера о подобным же образом разбита перегородками с'. При действии печи продукты горения и сравнительно легко летучие вещества поднимаются вверх и выходят через отверстия g' в камеру о, где и оседают менее летучие вещества, унесенные током газа. Тяжелые металлические пары из камеры а переходят через отверстия d (в стенке b) в камеру p и затем в конденсационную камеру h, где они сгущаются. Жидкий металл собирается в углублениях j, откуда и выпускается. В первом углублении собирается Цинк с большим содержанием свинца, во втором углублении свинца мало и в последнем получается чистый Ц.; в l оседает цинковая пыль.

Полученный сухим способом Ц.-сырец всегда содержит большее или меньшее количество примесей. Главным образом, в нем находится свинец и железо, затем сурьма, мышьяк, кадмий, медь, серебро, висмут, сера и пр. Цинк из галмея обыкновенно чище того, который получен из цинковой обманки, так как последняя содержит больше различных металлических соединений и после обжига требует более высокой температуры для восстановления. Так как примеси, напр., свинца или железа, сильно влияют на механические свойства Цинк (на его тягучесть), то сырой Цинк подвергают рафинированию. Оно состоит в том, что Цинк плавят и оставляют стоять долгое время в жидком виде при сравнительно невысокой температуре. При этом такие металлы, как свинец, железо, оседают на дно ванны в виде сплавов с Ц.; другие же окисляются (чему в особенности помогает перемешивание Ц.) и собираются на поверхности Цинк вместе с окисью Ц., сернистым Цинк и механическими примесями, бывшими в Ц. Примеси с поверхности Ц., так наз. кретцу, снимают шумовками, а слой со дна вычерпывают или удаляют иными способами. На одном заводе в Верхней Силезии (Hohenlohe-Zinkh ü tte) рафинирование Цинк производят в пламенных печах в 6 м длиной и 3,2 м шириной (фиг. 11 и 12). Цинк загружается в канал b, лежащий между топками а; здесь он плавится и собирается в зумпф е. Топочные газы проходят над поверхностью Ц., поступают через отверстия в своде в железный трубопровод с и затем в вытяжную трубу d. В печь загружается 30 тонн Ц. Кретцу снимают сверху и каждые 12 ч. счерпывают 5 тонн Цинк и прибавляют столько же сырого Ц. Свинец собирается па дне зумпфа и удаляется через каждые 8 дней. Для этого существует два способа. Один состоит в том, что в расплавленный Цинк погружают до дна цилиндрический сосуд, дно которого имеет отверстие, закрытое глиняной пробкой; если открыть пробку, то сосуд наполняется свинцом, который и удаляют; при другом способе свинец выкачивается так наз. свинцовой помпой; это — трубка, в которой вращается Архимедов винт; ее опускают в свинец; последний вытекает при работе винта через боковую трубку. Очищенный Цинк отливают в штыки. Расход топлива равен 7,5 — 10% от веса Ц. Кретцы получается не более 1,5%. В нижеследующей таблице приведен состав нескольких образцов американского Цинк и силезского.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб. Брокгауз-Ефрон.

Читайте также :

Цинкование
Цинкование — Под этим названием известен в технике процесс покрытия цинковым слоем поверхностей металлических предметов в видах предохранения их от окисления действием воздуха и влаги. Оцинк...

Цинковая обманка
Цинковая обманка (сфалерит) — один из наиболее часто встречающихся минералов. Кристаллы Ц. обманки принадлежат правильной системе, обычная комбинация их — два тетраэдра и куб (см. фиг. 1), п...

Цинкография
Цинкография — способ получения на цинке всякого рода изображений для печатания с них оттисков, вместо того, чтобы пользоваться для этой цели литографированием, гравированием на меди и стали ...





Энциклопедии и словари на ALCALA.RU 2005-2011 год. - Значение слова в Бесплатных онлайн словарях - справочниках
Все тексты выложены на сайте для не коммерческого использования и взяты из открытых источников.
При использовании материалов сайта активная ссылка на ALCALA.RU обязательна!!
Все права на тексты принадлежат только их правообладателям!!