第5章 锌及锌合金.ppt

锌及锌合金 5.1 概述 5.2 锌的提取 5.3 纯锌 5.4 锌合金 金属锌的用途:: ⑴钢材表面镀锌层粘附性好，耐大气腐蚀。 ⑵形成合金，如多种黄铜、锌合金。 ⑶用于制造航天仪表上的Ag-Zn电池。 ⑷浇铸精密铸件，压铸效率高。 ⑸冶金工业中作为还原剂，化学工业中作为制造颜料原料。 5.1 概述 1637年：中国宋应星发现锌，并于 “天工开物”中述及了锌的制法等。 1737年和1746年：德国亨克尔、马格拉夫先后将菱锌矿与木炭共置陶制密闭容器中烧，得到金属锌。 1789年拉瓦锡首先将锌列入元素周期表中。 镀锌：47％ 压铸合金：22％ 黄铜和铜合金：12％ 电池：20％ 镀锌 电池 氧化锌 铜合金 压铸锌合金 闪锌矿(ZnS) 菱锌矿 (ZnCO3) ： 67% Zn 异极矿(Zn4Si2O7(OH)2.H2O) 红锌矿 (ZnO) 硅锌矿(Zn2SiO4)：58.5% 5.2 锌的提取 锌的矿物： 自然界中硫化矿较多。锌的单金属硫化物非常少见，多与铜铅共生。其中最常见的有铅锌矿，其次为锌铜矿和铜铅锌矿。 选矿后的硫化锌精矿含锌为38~62%，Zn、Fe、S总和为90~95%。锌精矿中还含有SiO2、Al2O3、CaCO3和MgCO3以及Co、In、Ga、Ge、Ti等稀有金属。冶金工业中产生的含锌烟灰、熔铸锌时产出的浮渣和一些氧化锌，也是炼锌原料。 由硫化锌矿直接炼锌虽有可能，如：ZnS + Fe = Zn + FeS 但工业上无法应用，因为该反应要在1200~1300℃才进行，而此时精矿已熔化。 氧化锌被还原是硫化矿精矿先焙烧成氧化锌，焙烧矿与碳质还原剂混合后加热到1100℃左右，还原出锌（气态），然后引入到冷凝器内冷凝为液态锌。 火法炼锌方法 火法炼锌是用碳质还原剂将含ZnO的焙烧矿还原得到金属锌的过程。 我国锌冶炼工艺以湿法冶炼为主（70%），火法其次（30% ）。火法中竖罐法占18%，ISP法约占9.5%，其余(包括电热法、平罐、马槽炉、马鞍炉和四方炉)约占2.5%。 ZnO较难还原。火法炼锌须在强还原和高于锌沸点的温度下进行，还原的锌蒸气经冷凝后得到液态锌。 还原蒸馏法：竖罐炼锌、平罐炼锌（间接加热）和电炉炼锌（直接加热）。 共同特点是：产生的炉气中锌蒸气浓度大，而且CO2含量少，容易冷凝得到液体锌。 20世纪50年代开发、60年代投入工业生产的密闭鼓风炉炼锌(简称ISP)法是一种适合于冶炼铅锌混合矿的炼锌方法。用铅雨冷凝法从含CO2含量高而锌含量低的炉气中冷凝锌，同时得到铅和锌。 平罐炼锌:平罐炼锌是20世纪初采用的主要的炼锌方法。 竖罐蒸馏炉 湿法炼锌是用稀硫酸(即废电解液)浸出焙烧矿中的锌，锌进入溶液后再以电解法从溶液中沉积出来。 第一次世界大战期间开始应用；可直接制得纯度较高的锌，不象火法蒸馏炼锌还需精炼；操作所需劳动力较少，劳动条件较好；电能消耗大。 湿法炼锌是当前的主要炼锌法。 湿法炼锌方法 湿法炼锌包括浸出、净液、电解和熔铸4个工序。 浸出 ⑴使物料中的Zn尽可能全部溶解到浸出液中； ⑵使有害杂质尽可能地进入渣中，达到与锌分离的目的。 净化： ⑴将溶液中对电解有害的杂质除至允许含量； ⑵将这些杂质变为原料进行综合回收。 电解： 净化的净液，通过不溶阳极（铅银合金板）电解的方法从中提取锌。阴极板为铝板。 随着电解的进行，电解液中Zn2+含量不断减少，硫酸浓度不断增大。因此必须抽出一部分电解液送到浸出工序，同时要不断地补充已净化的中性浸出液。阴极上析出的锌每隔一个周期(一般为24小时)取出，将锌片剥下后送熔铸车间铸成锭。阴极铝板清洗后返回电解槽继续电解。 白而略带蓝灰色的金属 原子量为65.37 Tm：419.5℃ Tb：906.97℃ 常温下比重为7.133，800℃下的比重为6.22 液态锌的蒸气压随温度升高而迅速增大，到1179.97K时达到10132.5Pa，火法炼锌就是利用了锌的这一特点。 锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成碱式碳酸锌(ZnCO3·3Zn(OH)2)，保护锌进一步地被腐蚀。 熔融的锌能与铁形成化合物，可使钢铁免受腐蚀，镀锌工业利用了锌的这一特点。 性质 5.3 纯锌 5.4 锌合金 锌合金牌号 按合金成分分类：四类 Zn－A1系：都含有少量Cu、Mg以提高强度和改善耐蚀性。 Zn－Cu系：抗蠕变合金，多以Zn－Cu－Ti三元为基的合金，有时为进一步改善其抗蠕变性能也加有少量Cr