Cynk (gęstość = 7.14 g/cm³)

T_t = 419 °C , T_wrz = 907 °C

Kruchy, ale w zakresie temperatur 100 - 150 °C plastyczny

niebiesko - biała powierzchnia metalu

Przy udziale wilgoci - szara warstwa zasadowego węglanu - pasywacja.

50 % produkcji - na powłoki ochronne wyrobów stalowych

ok. 30 % produkcji Zn - > stopy z Al i Cu

Surowce do produkcji cynku: Polska:

blenda cynkowa - sfaleryt (Zn, Fe)S niecka bytomsko-tarnogórska

galman ZnCO₃ okręg olkusko-chrzanowski

cynkit ZnO

W zależności od potrzeb z rudy cynkowo-ołowianej wytwarza się

koncentrat selektywny blendy cynkowej kolektywny (wspólny)

i koncentrat galeny (PbS) lub koncentrat siarczkowy

w Polsce kolektywny w Miasteczku Śląskim

Koncentrat selektywny blendy cynkowej dla procesu otrzymania Zn

• przez elektrolizę r -ru siarczanu cynku (II)

I etap:

Wyprażenie rudy przy dostępie powietrza (siarczki w tlenki i siarczany)

ZnS + 3/2 O₂ → ZnO + SO₂

ZnS + 2 O₂ → ZnSO₄

PbS + 3/2 O₂ → PbO + SO₂

2 FeS₂ + 11/2 O₂ → Fe₂O₃ + 4 SO₂

Surowcem jest też tzw. spiekany tlenek cynku - końcowy produkt ogniowego wzbogacania kruszconośnych dolomitów i innych materiałów z Zn.

Z materiałów tych otrzymuje się ZnO a następnie w procesie spiekania

ZnO w postaci drobnego pyłu zostaje porwany przez gazy i osadzony na elektrofiltrach dając koncentrat ( potocznie: surowy tlenek cynku)

Wzbogacanie przez spiekanie w piecach rurowych obrotowych

w T = 1200 °C Produkt 60 % Zn i 4 % Pb.

Pyły z gazów odlotowych - tlenki ołowiu i kadmu

Metody produkcji cynku

1. Pirometalurgiczna

Redukcja cynku węglem (koks) przy współudziale reakcji Boudouarda:

C + CO₂ ↔ 2 CO

ZnO_(S) + CO = Zn_(g) + CO₂

Wysokie stężenie CO możliwe do uzyskania w T powyżej wrzenia Zn = 907 °C.

Zredukowany cynk jest w postaci pary.

!! Otrzymanie ciekłego metalu - trudny problem dla metalurgii.

Pirometalurgia cynku - opanowanie procesu redukcji cynku w piecu szybowym I.P.S , gdzie wsad ogrzewany jest bezprzeponowo.

Specjalna metoda skraplania rozcieńczonych par cynku przez szybkie chłodzenie gazów ciekłym ołowiem.

Otrzymywanie cynku w piecu szybowym

Wsad: spiek kolektywnego koncentratu i surowego ZnO i koks.

Koks: rola reduktora

źródło ciepła

Gazy do skraplacza - tylko 5 - 6 % Zn, T > 1000 °C

Kondensacja:

3 pionowe wirniki zanurzone w płynnym ołowiu i wytwarzające deszcz ołowiany (gwałtowne schłodzenie gazów do 450 °C, skroplenie ok. 95 % Zn). Reszta z gazami do mokrych urządzeń odpylających - szlam.

Ilość Pb w kondensatorze !! ok. 400 ton/ tonę Zn.

Rynna segregacyjna: rozdzielenie stopu Pb-Zn 1. Pb (ok. 2 % Zn) do obiegu

2. Zn (98.5 %) do rafinacji

Z tlenku cynku otrzymuje się łatwo rozpuszczalny siarczan cynku.

ZnO = H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O

Z wyodrębnionego siarczanu cynku elektrolitycznie otrzymuje się Zn (99.95 %)

Zn (99.99 %) przez rektyfikację cynku otrzymanego na drodze pirometalurgicznej.

Rafinacja cynku hutniczego.

Usunięcie Pb i Cd, Fe

Wykorzystywana jest ograniczona rozpuszczalność zanieczyszczeń (Pb i Fe) w ciekłym Zn w pobliżu T_{krzep. Zn} .

Czas przebywania stopu w piecu w T = 430 °C 1 doba.

Dokładny rozdział. Ołów osiada na dnie.

Górna warstwa mieszaniny - Zn (98.6 %) , Pb (1.2 %), Cd (0.15 %), Fe (0.03%)

Najwyższa jakość Zn - rektyfikacja - proces kolejnego odparowywania i skraplania par Zn i jego zanieczyszczeń.

T_wrz : Zn 907 °C, Pb 1750 °C, Cd 767 °C

Frakcja Zn wzbogacona do poziomu 99.99 % Zn

2. Hydroelektrometalurgiczna

Idea metody: Ługowanie prażonego koncentratu roztworem H₂SO₄, a następnie wydzielanie Zn w wodnego roztworu ZnSO₄ przez elektrolizę.

Elektroliza zakwaszonego roztworu ZnSO₄

Katoda: aluminiowa, pokryta Zn wydziela Zn (duże nadnapięcie wodoru)

Ługowanie elektrolitu ZnSO₄ ze związków zawartych w prażonej blendzie.

Dwustopniowe ługowanie prażonki rozc. r - rem H₂SO₄ .

Najłatwiej rozpuszczalny: ZnO, łatwo ZnSiO₂, blenda - w odpadach.

Przy ługowaniu w roztworze też Mg, Na, K, Cd, As, Sb i Cu.

Związki Ca i Pb w osadzie.

Oczyszczanie roztworu ZnSO₄

wytrącanie osadu wodorotlenków IR < IR_Zn(OH)2

W osadzie pozostają Fe(OH)₃ i zw. As, Sb, krzemionka

Specjalne metody usuwania rozpuszczalnych domieszek:

Cementacja pyłem cynkowym: wytrąca się Cu, Cd, Ni i Co.

Elektroliza roztworu ZnSO₄

W wannach wyłożonych ołowiem.

Katody z blachy aluminiowej, anody z Pb + 1 % Ag

Elektrody w poszczególnych wannach połączone są równolegle,

wanny szeregowo, T ok. 40 °C.

Dobór parametrów elektrycznych:

Katoda - nadnapięcie wodoru (chłodzenie elektrolitu)

K: Zn A: O₂

Cynk zbiera się z elektrod 1/ dobę.

Przetapianie cynku katodowego cienkie blachy

W piecach indukcyjnych w temperaturach ok., 500 °C.

Przetopiony cynk - odlew.