Регион:

Цинк - металлургия и его сорта

Цинк -  металлургия и его сорта

Применение цинка было известно еще в древности. Сплавы меди с оловом (бронза) и с цинком (латунь) были известны еще в древнем Риме и в античной Греции. Однако эти элементы не выделялись из руд, а из руд перекочевывали непосредственно в упомянутые сплавы. Обычно это делалось так. Куски меди нагревались совместно с каламином (старое название карбоната цинка) и углем.

Выплавка цинка

Искусство выплавки цинка как такового возникло  в Индии, затем перешло в Китай, а оттуда было вывезено в Европу португальцами. Промышленное производство цинка было основано в Европе в 17 веке. Основным способом производства цинка был пирометаллургический способ, базирующийся на восстановлении углем в ретортах предварительно обожженной руды. При этом оксид цинка восстанавливался до металла, который в виде паров удалялся из реторты и переходил в жидкость в конденсаторе. Сначала использовались вертикальные реторты, но затем были разработаны конструкции горизонтальных реторт, которые не надо было охлаждать при заполнения рудой и углем и выгрузке огарка. С определенными модификациями, связанными с общим прогрессом в химическом машиностроении, метод дожил до настоящего времени. Начиная с 1915 года, нашел применение другой способ переработки цинковых руд – электролитический.

Цинк получают из сульфидных руд, содержащих сульфид цинка и некоторое количество сульфида свинца (эти руды иногда называют свинцово-цинковыми), а также серебро и некоторые другие драгоценные и редкие металлы. Но чисто полиметаллических руд в природе почти не встречается, они находятся в балластных материалах. Поэтому применяется предварительное обогащение руд. Руда с избыточным количеством  инертной  породы  предварительно  дробится  и обогащается по целевому компоненту либо флотационным, либо гравитационным способом. В лучшем случае получаются цинковые концентраты, содержащие 48-58% цинка, 1-2% свинца, до 2% меди, 5-10% железа и около 30% серы. Одновременно получаются пиритные, медные и свинцовые концентраты. Но такие чистые концентраты получают не во всех случаях. Большей частью наблюдается тесное прорастание различных минералов, и разделение как различных минералов между собой, так и от пустой породы происходит не так эффективно. Подобного рода проблемы возникают при переработке полиметаллических руд Урала и Алтая.

Металлургия цинка

В настоящее время половина мирового производства цинка основана на гидрометаллургическом, а другая половина – на пирометаллургическом способах.

Но в любом случае первой стадией процесса является обжиг измельченной и обогащенной руды в печах с кипящим слоем. В результате обжига образуется оксид цинка и выделяется сернистый газ. В некоторых печах сернистый газ улавливается для производства побочного продукта – серной кислоты, из других печей, расположенных в малонаселенных районах, он выбрасывается в атмосферу.

Дальнейшая обработка обожженного продукта осуществляется по одному из двух методов. По термическому методу концентрат оксида цинка, остающийся после обжига руды, смешивают с углем и при температуре 1200-1300°С восстанавливают металл. Этот метод является морально устаревшим и постепенно заменяется на другой, более прогрессивный гидрометаллургический.

При гидрометаллургическом производстве цинка обожженные концентраты обрабатывают горячим раствором серной кислоты в чанах с механическим или пневматическим перемешиванием. При этом в раствор, помимо цинка, переходят также и другие примеси, поэтому сульфатный раствор подвергают очистке сначала окислением и  частичным гидролизом (для отделения от железа и мышьяка), затем цинковой пылью (от меди и кадмия) и осаждающими реактивами от кобальта. Затем раствор подвергают электролизу, в результате чего цинк осаждается в виде металла на алюминиевых катодах. Периодически образовавшийся катодный цинк сдирают, переплавляют в индукционных печах под слоем нашатыря металл разливают в чушки.

Очевидно, что пирометаллургический метод не в состоянии дать металлический цинк высокой степени чистоты, в нем всегда будет присутствовать в заметном количестве основная примесь – свинец. Однако оказалось, что именно наличие свинца в первых применениях цинка в процессах горячего цинкования способствовало положительному результату – свинец, как будет показано чуть далее, значительно повышает жидкотекучесть цинка, что благоприятно сказывается на качестве покрытия.

В настоящее время основная часть технологий цинкования погружением основана на использовании свинца в качестве подслоя на дне ванн. Наличие такого подслоя облегчает удаление образующегося над ним осадка гартцинка без опасности повредить дно ванны. При этом имеющиеся преимущества использования низких сортов металлического цинка используются не полностью. В таблицах 2.8-2.10 приводятся данные по составу сортов цинка, выпускаемым в соответствии с действующими в различных странах стандартами. Видно, что во всех приведенных стандартах существуют марки как невысокой степени чистоты (Prime Western в США, С2 и С3 в России, Z5 в Европейском сообществе), так и сорта высокой степени чистоты, а именно, 99,99%. Хотя именно сорта с наименьшей степенью чистоты наиболее пригодны для технологий горячего цинкования, и этот факт особым образом отражается во всех существующих стандартах на горячее цинкование, достать эти сорта, по крайней мере, в России практически невозможно. И связано это со стремлением cоответствующих фирм получить большую цену за тот же вес продукта.

Таблица  2.8.  Характеристики цинка различной степени чистоты согласно ASTM B6.

Градация цинка

Содержание легирующих элементов, %

Pb max

Fe max

Cd max

Zn min

Specific grade (b)

0,003

0,003

0,003

99,990

High grade

0,03

0,02

0,02

99,9

Prime western (c)

1,4

0,05

0,20

98,0

(b) содержание олова 0,001% макс.

(с) содержание алюминия 0,05% макс.

Цинк является третьим по объемам производства цветным металлом в мире после алюминия и меди. Производство и потребление цинка растут высокими темпами. В 1990 г. в мире выплавили 6,7 млн тонн чистого (рафинированного) цинка, в 1995 году – 7,2 млн, а в 2001 г. – 9,2 млн. тонн. На предприятиях цинковой промышленности по всему миру работают более 230 тысяч человек. Мировое потребление рафинированного цинка в 2001 году составило 8,78 млн тонн.

Таблица № 2.9. Характеристики цинка различной степени чистоты по ГОСТ 3640-94.

Марка

Примесь, не более

Цинк, не менее

Свинец

Кадмий

Железо

Медь

Олово

Мышьяк

Всего

ЦВ00

99,997

0,00001

0,002

0,00001

0,00001

0,00001

-

0,003

ЦВ0

99,995

0,003

0,002

0,002

0,001

0,001

-

0,005

ЦВ

99,99

0,003

0,002

0,003

0,001

0,001

0,0005

0,01

Ц0А

99,98

0,01

0,003

0,003

0,001

0,001

0,0005

0,02

Ц0

99,975

0,013

0,004

0,005

0,001

0,001

0,0005

0,025

Ц1С

99,96

0,015

0,01

0,01

0,001

0,001

-

0,04

Ц1

99,95

0,02

0,01

0,01

0,002

0,001

0,0005

0,05

Ц2

98,7

1,0

0,2

0,05

0,005

0,002

0,01

1,3

Ц2С

98,6

1,3

0,008

0,04

0,01

0,01

0,01

1,4

Ц3С

98,5

1,4

0,2

0,05

0,02

0,04

0,01

1,5

Ц3

97,5

2,0

0,2

0,1

0,05

0,005

0,01

2,5

Потребление цинка на душу населения в мире равно сейчас 1,45 кг/чел; при этом в Австралии этот показатель более 8, в Западной Европе равен 6.

Таблица  №  2.10.  Характеристики цинка различной степени чистоты по EN1179:1995.

Градация

Цветовой код

Цинк

Свинец

Кадмий

Железо

Олово

Медь

Алюминий

Сумма элементов

Z1

белый

99,995

0,003

0,003

0,002

0,001

0,001

0,001

0,005

Z2

желтый

99,99

0,005

0,005

0,003

0,001

0,002

-

0,01

Z3

зеленый

99,95

0,03

0,01

0,02

0,001

0,002

-

0,05

Z4

голубой

99,5

0,45

0,01

0,05

-

-

-

0,5

Z5

черный

98,5

1,4

0,01

0,05

-

-

-

1,5

Цинковая промышленность России

Цинковая промышленность России не играет сколько-нибудь важной роли в мире, однако очень важна для отечественной экономики. Добыча цинка в России составляет лишь 1,7% от мировой, а производство рафинированного цинка – 2,7%. Уровень потребления цинка в стране – около 1 кг/чел, это намного ниже среднемирового, что соизмеримо лишь с душевым потреблением в Азии. В России цинк извлекается из медно-колчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. На долю месторождений Уральского региона (Башкирия, Челябинская и Оренбургская области) приходится более 75% объема выпуска российских цинковых концентратов. Обеспеченность разведанными запасами эксплуатируемых месторождений в целом по стране хорошая и составляет 27 лет – на столько времени хватит известных ныне достоверных запасов, чтобы обеспечить нынешний уровень добычи.

В России действуют три цинковых завода. Челябинский электролитный цинковый завод (ЧЭЦЗ) расположен в крупном промышленном центре на Южном Урале. Сегодня это крупнейший в России производитель металлического цинка. Завод на 95% обеспечен местным уральским сырьем. Остальная часть концентрата поступает из разных стран. 80% челябинского цинка реализуется внутри страны.

Другое цинковое предприятие – ОАО «Электроцинк» - расположено на Кавказе, в г. Владикавказ. Среднегодовое производство – 90-100 тысяч тонн. Но на российском рынке практически невозможно встретить металл из Владикавказа, поскольку предприятие работает по толлинговой схеме, то есть на зарубежных потребителей. Оно получает из-за границы руду для переработки и туда же отправляет готовый металлический цинк.

Предельный объем выпуска цинка на третьем российском предприятии – ОАО «Беловский цинковый завод» (г. Белово Кемеровской области) составляет 4,5 тыс. тонн в год. Ранее завод работал на привозном сырье, сейчас в связи с утратой производственных связей практически утратил свой потенциал.

Российский рынок испытывает также давление со стороны производителей цинка из Казахстана. Сейчас, в условиях кризиса, когда менее чем за полгода цена на первичный цинк упала почти вдвое, невозможно предсказать, как будет развиваться рынок первичного цинка как во время кризиса, так и особенно в период выхода из него – это может быть и распродажа цинковых излишков по демпинговым ценам, и нехватка цинка на внутреннем рынке, как это было в начале 90-х годов.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments