Обжиг ведется в многоподовых или в шахтных печах. В по­следнее время при обжиге цинковых руд широко применяется об­жиг в «кипящем слое».

Метод обработки мелко раздробленных твердых материалов в так назы­ваемом «кипящем слое» получил широкое распространение в различных от­раслях промышленности. Этот метод заключается в следующем. Через слон порошкообразного материала, помещенного на решетке, продувают снизу воз­дух (или какой-либо газ) с такой скоростью, что его струи пронизывают и интенсивно перемешивают материал, приводя его как бы в «кипящее» состоя­ние. Такое состояние твердого материала часто называют «псевдоожиженным», так как кипеть могут только вещества, находящиеся в жидком состоянии.

Благодаря тесному соприкосновению твердого материала с газом химиче­ские реакции в «кипящем слое» протекают с большой скоростью. Применение обжига в «кипящем слое» дает повышение производительности обжиговых печей в 3—4 раза при более полном извлечении цинка из концентрата.

Метод весьма эффективен при обжиге сульфидных руд и концентратов, сублимации сравнительно летучих металлов, прокаливании, охлаждении и сушке различных веществ.

Из обожженного концентрата цинк извлекают, восстанавливая его коксом и отгоняя образующиеся пары цинка.

Другой метод восстановления цинка заключается в электроли­тическом выделении его из сульфата. Последний получается обра­боткой обожженных концентратов серной кислотой.

Цинк — голубовато-серебристый металл. При комнатной темпе­ратуре он довольно хрупок, но при 100—150 °С он хорошо гнется и прокатывается в листы. При нагревании выше 200 °С цинк ста­новится очень хрупким. На воздухе он покрывается тонким слоем оксида или основного карбоната, предохраняющим его от дальней­шего окисления. Вода почти не действует на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений значительно раньше водорода. Это объясняется тем, что образующийся на поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроксид практически нерастворим и препятствует дальнейшему течению реакции. В разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей. Кроме того, цинк, подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроксиды, растворяется в щелочах. Если сильно на­греть цинк в атмосфере воздуха, то пары его воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем, образуя ZnO.

Применение цинка очень разнообразно. Значительная часть его идет для нанесения покрытий на железные и стальные изделия, предназначенные для работы в атмосферных условиях или в воде. При этом цинковые покрытия в течение многих лет хорошо защи­щают основной металл от коррозии. Однако в условиях высокой влажности воздуха при значительных колебаниях температуры, а также в морской воде цинковые покрытия неэффективны. Широ­кое промышленное использование имеют сплавы цинка с алюми­нием, медью и магнием. С медью цинк образует важную группу сплавов — латуни (см. § 200). Значительное количество цинка рас­ходуется для изготовления гальванических элементов.

М а р г а н ц о в о - ц и н к о в ы й элемент. Из всех применяемых в на­стоящее время гальванических элементов марганцово-цинковые наиболее рас­пространены. Имеется несколько разновидностей элементов этой системы, но в основе действия их всех лежит окислительно-восстановительная реакция между цинком и диоксидом марганца. В элементах этой системы один элек­трод цинковый, другой состоит из Мп0₂. Оба электрода находятся в растворе «лорида аммония.

При работе элемента цинк окисляется;

2Zn = 2Zn²⁺ + 4е~

Часть образующихся ионов цинка связывается молекулами аммиака в комплексный ион:

Zn²⁺ + 4NH₃ = [Zn(NH₃)₄]²⁺

Молекулы аммиака образуются в растворе вследствие гидролиза иона ам­мония:

4NHt + 4Н₂0 4NH₃ + 4Н₃0⁺

Электроны, получающиеся при окислении цинка, по внешней цепи пере­ходят к диоксиду марганца, который при этом восстанавливается. В резуль­тате восстановления Мп0₂ получается смесь нескольких продуктов. В наи­большем количестве получается соединение МпООН, в котором степень окис­ленности марганца равна +3:

4Мп0₂ + 4Н⁺ + 4е~ = 4МпООН

Таким образом, цинковый электрод элемента является анодом и заряжен отрицательно, а электрод из Мп0₂ служит катодом и заряжен положительно.

Имеющиеся в растворе ионы NHJ и С1" при работе элемента движутся в направлениях, обусловленных процессами, протекающими на электродах. Поскольку у цинкового электрода катионы цинка выходят в раствор, а у ка­тода раствор все время обедняется катионами Н⁺, то в создающемся электри­ческом поле ионы NH⁺, движутся при работе элемента к катоду, а ионы С1~ к аноду. Таким образом, раствор во всех его частях остается электро­нейтральным.

Если сложить последние четыре уравнения, отвечающие отдельным про­текающим при работе элемента процессам, то получится суммарное уравне­ние окислительно-восстановительной реакции, идущей в элементе:

2Zn + 4Mn0₂ + 4NHt = Zn²⁺ + [Zn(NH₃)₄]²⁺ + 4MnOOH

Марганцово-цинковые элементы не содержат в себе раствора в обычном понимании этого слова. Необходимый для их работы раствор nh4ci в одних конструкциях имеет консистенцию пасты, в других им пропитан пористый картон, помещаемый между электродами. Поэтому эти гальванические эле­менты носят условное название сухих элементов.

Марганцово-цинковые элементы широко применяются в качестве источни­ков электропитания установок связи, различных измерительных приборов, карманных фонарей.

Воздушно-цинковый элемент. Здесь отрицательным электродом является цинк, а активным веществом положительного электрода служит кис­лород воздуха (поры электрода, изготовляемого из смеси активного угля с графитом, заполнены воздухом). Кислород диффундирует к поверхности раздела электрод — раствор. В качестве электролита применяются растворы NaOH или nh4ci.

При работе такого элемента в нем протекает окислительно-восстанови­тельная реакция, которая в случае щелочного электролита выражается урав­нением:

Zn + i-0₂ + 2NaOH = Na₂Zn0₂ -f H₂0

Дата добавления: 2015-08-21