Цинк

Цинк — это минерал, элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn от латинского Zincum. Простое вещество цинк (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

История

Латунь это сплав цинка с медью. Известен ещё в Древней Греции, Древнем Египте, Индии(VII в.), Китае (XI в.). Чистый цинк долгое время не удавалось выделить. Впервые слово «цинк» встречается в трудах Парацельса, назвавший металл словом «zincum» или «zinken» в книге Liber Mineralium II. Это слово восходит к немецкому Zinke, которое означает «зубец». Действительно, кристаллиты металлического цинка выглядят как иглы.

В 1738 году Уильям Чемпион в Англии запатентовал дистилляционный способ получения цинка. Промышленные масштабы выплавки цинка начались в XVIII веке. В 1743 году вступил в строй в Бристоле первый цинковый завод, который основал Уильям Чемпион, где цинк получали дистилляционным способом. В 1746 А.С. Маргграф из Германии разработал дистилляционный способ получения чистого цинка похожий на способ Чемпиона. Путём прокаливания смеси окиси Zn с углем без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. Маргграф сделал описание метода во всех деталях и этим заложил основы теории производства цинка. Поэтому первооткрывателем цинка часто называют его.

В 1805 году Чарльз Гобсон и Чарльз Сильвестр из Шеффилда запатентовали способ обработки цинка, представляющий собой прокатку при температуре от 100 до 150 градусов. 1 января 1905 года в России был получен на заводе «Алагир» первый цинк. В 1915 году в Канаде и США появились первые заводы, где цинк получали электролитическим способом.

Разработка и добыча

Известно 66 минералов цинка, в частности виллемит, каламин, цинкит, франклинит, сфалерит, смитсонит. Наибольшее распространение получил минерал — сфалерит, иначе цинковая обманка. Основная составляющая минерала — сульфид цинка ZnS, а в всевозможные цвета окрашивают разнообразные примеси. Название свое обманка, что с древне-греческого Σφαλερός значит обманчивый, получил из-за трудности определения этого минерала. Считают цинковую обманку первичным минералом, из которого нашли свое начало другие минералы элемента № 30,а это цинкит ZnO, смитсонит ZnCO3, каламин ZnO · SiO2 · Н2O. На Алтае добывают полосатую «бурундучную» руду, что представляет смесь цинковой обманки и бурого шпата. Издали кусок такой руды действительно напоминает затаившегося полосатого зверька.

Известно, что среднее содержание цинка в земной коре составляет 8,3·10-3%, а в изверженных породах его несколько больше (1,3·10-2%), чем в кислых (6·10-3%). Цинк это энергичный водный мигрант, характерна миграция вместе со свинцом в термальных водах. В этих водах осаждается сульфид цинка, важнейшее промышленное сырье. Мигрирует цинк в поверхностных и подземных водах, осаждается сероводородом, сорбция глинами и другие процессы играют меньшую роль. Цинк — важнейший биогенный элемент, в живых организмах содержание в среднем равно 5·10-4% цинка. Исключением являются так называемые организмы-концентраторы, например, некоторые фиалки.

В природе как самородный металл цинк не встречается. Полиметаллические руды, содержат 1—4 % Zn в виде сульфида, а также Ag, Cu, Cd, Pb, Au, Bi. Из этой руды добывают Zn. Обогащают руды селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50—60 % Zn), свинцовые, медные, а также пиритные концентраты. Обжигают в печах в кипящем слое цинковые концентраты, переводя сульфид цинка в оксид ZnO. Сернистый газ SO2, образующийся при этом, расходуется на производство серной кислоты. Из оксида ZnO получают чистый цинк двумя способами.

Пирометаллургическим (дистилляционным) способом, существующим давно, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а восстанавливают углем или коксом при 1200—1300 °C. Результат процесса описывает реакция ZnO + С = Zn + CO. Пары металла, образующиеся при этом, конденсируют и разливают в изложницы. Восстановление проводили сначала только в ретортах из обожженной глины, которые обслуживались вручную. Затем стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, позднее — шахтные и дуговые электропечи. Из свинцово-цинковых концентратов в шахтных печах с дутьем получают цинк. Постепенно повышалась производительность, однако цинк содержал до 3 % примесей, в их числе ценный кадмий. Очищают дистилляционный цинк ликвацией, отстаивая жидкий металл от железа и части свинца при 500 °C, достигая чистоту 98,7 %. Более сложная и дорогая очистка ректификацией позволяет получать металл чистотой 99,995 % и извлекать кадмий.

Электролитический (гидрометаллургический) считается основным способом получения цинка. Серной кислотой обрабатывают обожжённые концентраты. Полученный сульфатный раствор очищают от примесей, осаждая их цинковой пылью, и подвергают электролизу в ваннах, выложенных плотно внутри свинцом или винипластом. Цинк садится на алюминиевые катоды, с которых ежесуточно его удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка — 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) — 93—94 %. Отходы производства перерабатывают и получают цинковый купорос, Pb, Au, Cd, Cu, Ag; иногда также Ga, Ge, In, Tl.

В организме

Организм взрослого человека содержит в среднем около 2г цинка, концентрирующийся преимущественно в печени, поджелудочной железе, мышцах. Цинк содержат более 400 ферментов. В их числе ферменты, катализирующие гидролиз пептидов, белков и сложных эфиров, полимеризацию ДНК и РНК, образование альдегидов. В составе ферментов ионы Zn2+ вызывают поляризацию молекул воды и органических веществ, содействуя их депротонированию.

Фермент карбоангидраза — белок, в котором содержится цинк и состоящий примерно из 260 аминокислотных остатков наиболее изучен. Фермент этот содержится в эритроцитах крови и превращает углекислый газ, образующийся в тканях в процессе их жизнедеятельности, в гидрокарбонат-ионы и угольную кислоту, кровью переносимую в легкие, где выводится в виде углекислого газа из организма. Наличие фермента влияет на превращение СО2 в анион HCO3- , в отсутствие его протекает с очень низкой скоростью.

Атом цинка в молекуле карбоангидразы связан с тремя имидазольными группами остатков аминокислоты гистидина и молекулой воды, которая легко депротонируется, превращаясь в координированный гидроксид. Атом углерода из молекулы углекислого газа, на котором хранится частичный положительный заряд, взаимодействует с атомом кислорода гидроксильной группы. Координированная молекула СО2 превращается в гидрокарбонат-анион, покидающий активный центр фермента, замещаясь при этом на молекулу воды. Фермент придает ускорение этой реакции гидролиза в 10 миллионов раз.

Цинк:

  • необходим для продукции спермы и мужских гормонов
  • важен для нормальной деятельности простаты.
  • необходим при метаболизме витамина E.
  • участник синтеза разных анаболических гормонов организма, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.
  • необходим в организме и для расщепления алкоголя, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы.

Содержание в продуктах

мг на 100 г

тыквенные семечки 10

кунжут 7

семена подсолнечника 5,3

миндаль 3

грецкие орехи 3

говяжья печень 4

говядина 3—8,4

баранина 2—6

курица 0,8—3,5

свинина 0,8—3,5

чечевица 4,78

арахис 4

горох 1,2

соевые бобы 3

твёрдый сыр 3—4

мороженое 0,7—0,8

йогурт 0,7—0,8

молоко 0,4

овёс 3,97

пшеница 3,46

рожь 2,65

рис 1

хлеб 0,7—1,5

печенье 0,5—1

мука пшеничная 0,8

устрицы 16—40

анчоусы 1,72

осьминог 1,68

карп 1,48

икра 1

сельдь 0,99

зелёный горошек 1,24

ростки бамбука 1,10

кукуруза (варёная, консервированная) 0,5—0,6

финики 0,44

малина 0,42

брокколи 0,41

свёкла 0,35

картофель 0,29

чёрная смородина 0,27

инжир 0,15

бананы 0,15

апельсины 0,07

грейпфрут 0,07

лимоны 0,06

яблоки 0,04

какао-порошок (неподслащенный) 6,81

шоколад 2,3

шоколадные конфеты 1—2

мед 0,22

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *