Цинк — металл с широким применением и важным биологическим значением

История металла

Длительное время цинк не удавалось получить в чистом виде. Впервые это было сделано в 1738 году. Автором открытия стал Уильям Чемпион. Тогда же металлург запатентовал его дистилляционный вариант получения.

Спустя 5 лет в 1743 году тем же металлургом был открыт первый завод. В 1746 году химик А.С. Маргграф разработал схожий вариант получения чистого цинка. В 1805 году в английском Шеффилде была запатентована прокатка в качестве метода обработки металла. Она производилась при 1500С.

В России цинк был произведен на металлургическом . Событие датируется началом 1905 года. Электролитический метод получения металла стал применяться в 1915 году на американских и канадских заводах.

Применение цинка

Около 20% получаемого цинка тратится на создание цинковых сплавов. В них самый значимый легирующий компонент — это алюминий или медь. Часто применяют цинк и для создания медного сплава — латуни. Широко применяется этот металл для процедуры цинкования стали, создания цинковых полуфабрикатов, а также образования цинковых соединений. Около трети цинкового проката занимают цинковые листы, которые необходимы для изготовления химических источников тока, оцинкованных предметов посуды. Больше половины изготовленных цинковых листов используется в строительной отрасли, в качестве кровельных материалов, для создания водосточных труб. На строительную отрасль приходит 65% этого материала. Но самым востребованной отраслью применения цинка является покрытие металлических конструкций в целях предотвращения коррозии. На это тратится почти 50 % добытого цинка. Цинковый слой отлично защищает металл от действия воздуха, морской воды, грунтовых вод, и даже от слабощелочных растворов. Широкое применение оцинкованная сталь нашла в автомобильной промышленности. На такое покрытие лучше ложится краска, долгое время не разрушается. Сотрудники автомобильных предприятий из оцинкованных полос и листов создают днища, топливные баки, крышки багажников, кожухи на колеса, и прочее.

Специфика получения металла

Гидрометаллургический метод служит базовым вариантом получения металла. Сначала концентраты обжигаются. В дальнейшем происходит их обработка серной кислотой. В итоге получается сульфатный раствор. Производится его очистка от примесей. Затем проводится электролиз в специальных свинцовых ваннах.

В результате электролиза происходит осаждение цинка на катодах из алюминия. Чистый металл каждый день удаляют с них, после чего он плавится в индукционных печах.

Интересный факт! В самородном виде цинк в природе нигде не наблюдается.

Как удаляются тяжелые металлы из воды и почвы?

Тяжелые металлы, поступая в почву, начинают накапливаться в верхние слои этого пласта. Есть верные пути их удаления: потребление растениями, выщелачивание, эрозия, вынос водою. В функции от элемента, период полуудаления из почвы может варьировать. Например, уменьшение начальной концентрации до половины для определённых элементов является: для кадмия — 13 — 110 лет, для цинка 70 — 510, для меди — 310 — 1500 лет, для свинца — 770 — 5900 лет.

На растворимость соединений этих элементов в почве влияют различные факторы:

Производство в мире, запасы и способы добычи

В мире производится порядка 10 миллионов тонн. Химический элемент цинк преимущественно добывается в Китае. На эту страну приходится 29% или 3,5 миллиона тонн. В тройку лидеров по запасам цинка входят Перу и Австралия. В топ-5 списка также входят Индия и США.

В России запасы цинка составляют 190 тысяч тонн. Это 11-е место среди всех стран-лидеров по добыче цинка.

Интересный факт! Цинк занимает четвертую позицию по применению среди всех известных металлов. На первом месте идет железо, на втором — алюминий, на третьем — медь.

Элемент преимущественно добывается открытым способом. Для этого при помощи тяжелой техники формируется карьер. Сегодня это самый доступный вариант добычи металла. Гораздо реже используется закрытый тип добычи. Создание подземных карьеров считается нерентабельным мероприятием.

Откуда берутся тяжелые металлы?

Породы магматического и осадочного происхождения

Основным природным источником загрязнения тяжелыми металлами являются разные породы магматического и осадочного происхождения. Многие минералы, содержащие эти элементы, могут быть примесями в другие горные породы. В эту группу входят: минералы хрома (Fe2Cr2O4) и титана (анатаз, ильменит, брусит). Соединения этой категории химических элементов могут попасть в атмосферу из космоса (с космической пылью), и из недр нашей планеты (с помощью вулканических газов).

Антропогенное загрязнение

Важным фактором поступления тяжелых металлов в окружающую среду является антропогенное загрязнение. Промышленность цемента, черная и цветная металлургия, из-за технологических процессов при большой температуре, выбрасывает очень большое количество этих элементов в нашу среду обитания. Эти загрязнители могут проникнуть и в наши продукты питания, если орошение полей проводилось водами содержащие большую концентрацию таких химических элементов (например, бытовые сточные воды). Это случается по мотиву, что одни из них считаются микроэлементами. Конечно, не только так эти металлы попадают в водоёмы. Если рядом с вашим местом обитания есть металлургические предприятия, рудники, или на ваши поля вносится большое количество минеральных удобрений с содержанием цинка, меди, железа, молибдена, то они могут попасть в подземные воды благодаря дождям, таянью снега. Так что я вам советую провести контроль качества воды на содержания в местности тяжелых металлов, если вы хотите выкопать колодец.

Не только локальная антропогенная активность может повлиять на вырастание содержания тяжелых металлов в атмосфере. В виде аэрозолей, эти химические элементы могут быть перенесены на многие десятки, сотни, да и тысячи километров от места их выброса в атмосферу. Также тяжелые элементы они могут накапливаться на дне бессточных водоемов в отложениях. Часть их содержания образуют нерастворимые карбонаты, сульфаты, а также входят в состав минеральных и органических осадков. Таким образом, содержание тяжелых металлов в отложених водоёмов растёт, но если отложения перенасыщены этими металлами, то они попадут назад в воду и тогда будет «двойной удар». Почему так? Да потому что, мы ещё не почувствовали глобально эффект от сильного загрязнения такими элементами. Вот когда, эти отложения со дна водоёмов утратят способность связывать их, то «вернут» части этих элементов назад в воду и тогда мы будем искать пригодную воду где-то в другом месте. Особо затруднительная ситуация создалась вблизи автострад. Там почва накопила столько свинца, кадмия и цинка что положительных прогнозов не ожидается.

Динамика цен на цинк, прогноз на 2018 год

С начала года прослеживается общая отрицательная динамика цен на цинк. Если в феврале 2021 года за тонну металла давали 3577,25 долларов, то по состоянию на 18 мая Лондонская Биржа Металлов (LME) установила курс цинка, равный 3096,50 долларов.

Куда инвестировать деньги

В 2021 году цинк имел статус самого доходного и подходящего для инвестиций металла. В 2021 году отметилась тенденция к снижению инвестиционной привлекательности данного элемента. При этом большинство аналитиков полагают, что цинк в 2021 останется лидером среди цветных металлов.

Deutsche Bank дает прогноз по цинку, в котором предполагается рост цены на металл на 8%. В ближайшие месяцы прогнозируется стоимость тонны металла в пределах 3120-3160 долларов.

Описание и химические свойства

Цинк – хрупкий металл голубоватого цвета, быстро тускнеет на воздухе, активно реагирует с кислотами и щелочами. Основное использование цинка – в гальванических процессах покрытия железных изделий для защиты их от коррозии, а также в качестве составного элемента различных сплавов (например, с медью в латуни).

• Химическое обозначение – Zn;
• Атомный номер – 30;
• Атомная масса – 65,37 г/моль;
• Плотность – 7,11 куб.см;
• Температура плавления – 420 C;
• Температура кипения – 907 C;
• Атомный радиус – 0,138 нм;
• Ионный радиус – 0,074 нм.

Важность цинка для здоровья человека

Рекомендуемая суточная доза цинка составляет 12 мг/день для взрослой женщины и 15 мг/день для взрослого мужчины.

Доза зависит не только от пищи, но и от пола, возраста и общего состояния здоровья человека. Растущие младенцы, дети, подростки, беременные женщины и пожилые люди имеют повышенную потребность в цинке и подвергаются большему риску дефицита. Организм человека содержит от 2 до 3 г цинка. Он содержится во всем теле, но с более высокими концентрациями в мышцах, печени, почках, костях и предстательной железе.

Пища является основным источником цинка для людей, и лишь небольшая часть поступает из питьевой воды. Основными источниками цинка в рационе являются красное мясо, птица, рыба, морепродукты, цельное зерно и молочные продукты.

Помимо этих полезных свойств для здоровья человека, следует также отметить и опосредованное влияние цинка в современном мире на благосостояние всех людей. Защищая сталь от коррозии, цинк экономит драгоценные ресурсы, такие как специальные сплавы и энергию. Продлевая срок службы стали, цинк увеличивает срок службы капитальных вложений, что в случае с общественной инфраструктурой (дорогами, мостами, портами, энергоснабжением и водоснабжением, телекоммуникациями) уменьшает сумму взимаемых налогов с простых граждан.

Дефицит цинка

Многочисленные исследования о цинке и здоровье человека выявили потенциальный глобальный дефицит цинка. Умеренный хронический дефицит часто обнаруживается у людей, придерживающихся диеты с низким содержанием мяса и рыбы. Симптомами, связанными с дефицитом цинка, являются снижение чувства вкуса и обоняния, заболевания кожи, психическая вялость и снижение общего тонуса.

Пищевые добавки с цинком помогают сбалансировать диету с низким содержанием цинка, но эти пищевые добавки не рекомендуются принимать без консультации с врачом.

Цинковые рудники [ править ]

Десять крупнейших в мире рудников по производству цинка (по тоннам цинка):