Цинк - Zn
Цинкът се получава от неговите сулфидни руди при металургична преработка. След обогатяване чрез флотация сфалерита се пържи, при което се получава цинков окис (ZnO), съдържащ и кадмий:
2ZnS + 3O2 & #8594; 2ZnO + 2SO2
По-нататък ZnO може да се обработи по два начина:
1. пирометалургия - редуциране с въглища (кокс)
ZnO + C & #8594; Zn + CO
Редукцията се извършва при висока температура и цинкът се отделя във вид на па& #768;ри. При охлаждането може да стане окисляване на цинка вследствие равновесието, което се установява при тези условия
Zn + CO2 & #8596; ZnO + CO
За да се избегне това, охлаждането на цинковите пари става чрез впръскване на стопено олово. Стопилките от двата метала не се смесват и при тези условия се получава цинк с чистота около 99%. Пречистването му става чрез вакуумдестилация.
2. хидрометалургия - цинковия оксид се разтваря в разредена сярна киселина и се подлага на електролиза.
Електролитът е цинков сулфат, анодите са оловни, а катодите -алуминиеви. Оловните аноди не се разрушават при електролизата, а отделеният върху алуминиевите катоди цинк лесно се отделя механически от тях. Поради значителният си парен натиск цинкът лесно се пречиства чрез дестилация. Така се получава метал с чистота 99,99%.
Кадмият често съпътства цинка в неговите руди. Двата метала могат да се разделят при дестилация, тъй като температурата на кипене на кадмия е по-ниска от тази на цинка. При хидрометалургичното получаване на цинка примесите от кадмий и мед попадат в разтвора като сулфати. При прибавянето към този разтвор на цинков прах цинкът редуцира кадмиевите и медните соли и се отделя т.нар. медно-кадмиев кек. При обработването му със сярна киселина (H2SO4) се получава разтвор на кадмиев сулфат (CdSO4), който се подлага на електролиза.
Практическото използване на цинка и неговите съединения е широко и разнообразно. Основното количество цинк се използва като антикорозионно покритие на желязото. Използва се за месингови сплави, които съдържат мед и от 20 до 50% цинк. Още участва в състава на сплави, в които освен мед, се съдържа и алуминий. Според съдържанието на цинк, мед и алуминий тези сплави носят различни наименования: целко-сплав, бял месинг и др.
Цинков прах намира приложение като редуктор в лабораторната практика и в химичната технология. Поради своята трошливост цинкът не е подходящ като конструкционен материал. В това отношение обаче редица негови сплави имат отлични качества – сплавите му с медта, алуминия и никела. В металургията цинкът се използва за отлъчване на среброто от оловно – сребърната стопилка, както и за отделяне на златото от неговата комплексна сол, при извличането му по цианидния метод. В лабораторната практика се употребява най-често за получаване на водород при взаимодействието му със сярна киселина.
Сухите галванични елементи се конструират най-вече с участието на цинк или метали от групата на цинка. Въглерод-цинковият елемент е конструиран през 1866 г. от Лекланше. Положителният полюс е от въглерод, окръжен от манганов двуокис (MnO2), а отрицателният – от цинк. Електролитът е нишадър (NH4Cl), който обикновено се пропива в пясък. При работа с елемента се извършват обикновено процесите:
• на отрицателния полюс
Zn & #8594; Zn2+ + 2e-
• на положителния полюс
2MnO2 + 2H2O + 2e- & #8594; 2MnO(OH) + 2OH-
• в електролита
Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl + 2OH- & #8594; Zn(NH3)2Cl2 + H2O
• или сумарно
Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl & #8594; Zn(NH3)2Cl2 + 2MnO(OH)
т.е. електрическата енергия се получава за сметка на окислението на цинка от пиролузита.
Живачният галваничен елемент има цинкова амалгама на отрицателния полюс, а положителният полюс е от живачен (ІІ) оксид. Електролитът е концентрирана калиева основа (КОН). При работа с елемента протичат процесите:
• на отрицателния полюс
Zn + 2OH- & #8594; ZnO + H2O + 2e-
• на положителния полюс
HgO + H2O + 2e- & #8594; Hg + 2OH-
• или сумарно
Zn + HgO & #8594; Hg + ZnO
В този случай цинкът се окислява от живачния оксид.
Цинкът е отрицателен полюс и при алкално-мангановия галваничен елемент. Отново окислително-редукционният процес е взаимодействието на цинка с манганов двуокис:
Zn + 2MnO2 & #8594; ZnO + Mn2O3
Тук обаче условията за взаимодействие и крайните продукти са различни от елемента на Лекланше. Електролит е калиева основа (КОН), а положителният полюс – пресован графит и MnO2. На електродите се извършват процесите:
• на отрицателния полюс
Zn + 2OH- & #8594; ZnO + H2O + 2e-
• на положителния полюс
2MnO2 + H2O + 2e- & #8594; Mn2O3 +2OH
