Первый способ получения металлического цинка

Получение металлического цинка было предложено английским ученым Уильямом Чемпионом в 1738 году дистилляционным (пирометаллургическим) способом в ретортах¹[3, C. 204], который заключается в том, что цинковый концентрат подвергают обжигу (для получения оксида цинка), а затем восстанавливают коксом:

ZnO + C = Zn_(пар)↑ +CO

после чего газообразный цинк конденсируется в на поверхности, откуда жидкий металл по мере наполнения вычерпывают. Однако этот способ дает не более 20% цинка в застывшей смеси металлов.

2. Строение атома

В периодической таблице Д. И. Менделеева цинк расположен в четвертого группе, в пятом ряду, IIB подгруппы. Его атом имеет 4s² 3d¹⁰конфигурацию внешнего электронного уровня. Последние десять электронов выполняют функцию экранирования, поэтому для цинка и его аналогов характерна степень окисления +2. Поскольку цинк является d-элементом, он, как и другие, может образовывать различные комплексные соединения. Магнитные и оптические свойства цинка как комплексообразователя можно определить, используя следующую диаграмму распределения электронов по d-έ и d-γ подуровням.

Рис. 2.1. Электронная конфигурация атома цинка.

Рис. 2.2. расщепление d-подуровня Zn в тетраэдрическом поле лигандов.

Рассмотрев её, можно увидеть что, соединения цинка бесцветны, по причине того, что на всех d-подуровнях нет неспаренных электронов. По той же причине он обладает диамагнитными свойствами². Координационное число цинка равняется 4, и поэтому подуровень d-γрасположен ниже, чем d-έ, следовательно, комплексные соединения цинка имеют форму тетраэдра. В комплексном ионе лиганды присоединяются к металлу на свободные 4s и 4p орбитали, образуя sp³ гибридизацию.

3. Получение цинка

3.1. Промышленный способ

Цинк, полученный пирометаллургическим способом[4], который был описан мною выше, подвергается рафинированию. Суть этого процесса заключается в том, чтобы уменьшить растворимость примесей путем охлаждения смеси до 430-450^оС. После отстаивания чернового цинка в течении 24-36 часов, жидкий металл разделяется на три слоя: нижний содержит преимущественно свинец, второй кристаллы Fe и Zn, а третий очищенный цинк с примесями свинца и железа в количестве до 1%.

Существует и другой способ получения серебристого металла, путем гидрометаллургии, говоря более простым языком, путем электролиза. Данный метод имеет ряд преимуществ:

• извлечение большего количества цинка и сопутствующих элементов;

• большая комплексность использования сырья;

• высокое качество цинка;

• высокая механизация трудоемких процессов.

Суть этого способа заключается в следующем: цинк, обожженный до оксида, обрабатывают серной кислотой, для получения раствора сульфата цинка, данному процессу соответствует реакция:

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O.

Однако следует заметить, что помимо необходимого цинка, по такой же схеме реагирует часть примесей. Раствор сульфата цинка очищают от ненужных веществ, после чего его отправляют на электролиз:

2ZnSO₄ + 2H₂O 2Zn↓ + H₂SO₄ + O₂↑

K (-) Zn²⁺ + 2e^-→ Zn⁰↓

A (+) 2H₂O - 4e^-→ 4H⁺ + O₂↑.

Чистота цинка, выпадающего в осадок, напрямую зависит от чистоты раствора его сульфата. Полученный металл переплавляют в слитки. В Российской Федерации требования к цинку установлены в ГОСТ 3640-94 «Цинк, технические условия». Все отечественные марки цинка предусматривают чистоту металла не менее 97,5% [5, C.3].