Технология цинкования металла в домашних условиях. Обработка цинка
Цинкование металла своими руками, оцинковка в домашних условиях
Оцинковка металла в современном автомобиле – это возможность защитить поверхность кузова от коррозии. Цинкование металла своими руками в домашних условиях – вполне осуществимая задача.
Существуют определенные виды металла, которые при контакте с воздушной средой образуют защитную пленку на поверхности. Она оберегает материал от воздействия окружающей среды и предотвращает коррозию. На металле, который применяется для производства авто, пленка слабая, поэтому не способна защитить изделие от разрушений.
Методы обработки в промышленных условиях
Создать дополнительную защиту от коррозии можно несколькими способами, например, покрыть изделия оловом или цинком. Оцинкование материала – довольно простая задача и ее легко можно сделать своими руками. Обработка деталей, например, для машины, защитит поверхность изделий от прямого контакта с воздухом, что предотвращает окисление поверхности. Обработка металла цинком возможна несколькими способами:
- Горячее и холодное цинкование.
- Гальваническое.
- Газо-термическое.
- Термодиффузионное.
При обработке материала одним из этих способов, длительность и температура процесса влияют на толщину формируемого слоя защитной поверхности.
Технология горячего цинкования
Такой способ обработки металла – один из самых эффективных. Цинк долгое время остается на поверхности и надежно защищает от коррозии. Недостаток такой обработки в том, что эта технология вредна для окружающей среды, поскольку материал обрабатывается химическим путем. Цинкование металла горячим способом состоит из нескольких последующих процессов:
- Подготовка. Поверхность деталей необходимо обезжирить, а затем выполнить травление металла.
- Обработка. Деталь для машины после подготовки необходимо промыть и высушить.
- Цинкование. Изделие опускают в бак, где находится расплавленный цинк.
Этот способ обработки, несмотря на его эффективность, обладает существенными недостатками:
- Оцинковка металла требует специального оборудования и емкостей.
- Невозможность обработки изделий больших размеров, например, кузова авто.
Технология холодного цинкования
Оцинковать элементы автомобилей данным способом довольно просто. Обработка поверхности осуществляется при помощи специальной краски, содержащий цинк. Поверхность металла окрашивается краской с цинком обычным методом покраски: кистью, валиком или краскопультом.
Использование порошковой краски, содержащий цинк, и распылителя упрощает цинкование автомобиля. Краскопульт позволяет обработать полностью всю поверхность кузова, в том числе и труднодоступные места. Такой метод чаще всего используется для нанесения защитного покрытия на изделия, которые сложно обработать горячим способом. Кузов авто – именно такой случай. Этот метод также применяется для обработки уже ранее оцинкованного металла.
Технология гальванического цинкования
Гальваническое нанесение цинка подразумевает под собой обработку металла с помощью электрохимического воздействия. Обработка таким методом позволяет добиться на поверхности изделия гладкого и тонкого защитного слоя. Чтобы цинк закрепился на поверхности, например, кузова авто, изделия помещают в специальную емкость, в которой расположена цинковая пластина. После этого в емкость подводится электричество, в результате чего цинк с поверхности пластины переходит на корпус машины, образуя защитный слой.
К недостаткам этого метода относится его дороговизна в сравнении с другими методами нанесения защитного слоя. Кроме этого, такая обработка является грязной и на очистку сточной воды также требуются большие затраты.
Метод газо-термического цинкования
Этот способ нанесения защитного стоя отлично подходит для кузова больших автомобилей, которые невозможно обработать с помощью обычных способов.
Цинк наносится на поверхность кузова авто с помощью сильного газового потока. Применение этого метода требует последующее нанесение краски, поскольку цинк ложится на поверхность неравномерно, не заполняет всю поверхность автомобиля. Но, несмотря на это, такой способ создания защиты обеспечивает надежное покрытие. Оно защищает авто как от воздушного воздействия, так и обеспечивает надежную защиту от коррозии во влажных условиях.
Метод термодиффузионного цинкования
Оцинковка кузова авто данным методом сопряжена с использование высоких температур. При температуре примерно в 2,6 тысячи градусов цинк расщепляется на атомы, которые оседают на деталях машины. Преимущество метода в том, что с помощью него можно добиться толстого защитного слоя.
Процесс нанесения защитного материала на кузов машины осуществляется в специальной закрытой камере. На изделие наносится порошковый цинк, после чего происходит нагрев всей камеры. Это можно осуществить только в промышленных условиях, поэтому выполнить нанесение цинка своими руками дома у вас не получится.
Применение такого метода безопасно для окружающей среды и позволяет провести оцинкование отличного качества. Цинк ложится на поверхность машины толстым слоем, что надежно защитит металлические изделия от коррозии. Недостаток у способа только один – его высокая цена.
Оцинковка в домашних условиях
Гальванический метод
Гальваническое нанесение защитного слоя, например, на детали авто можно осуществить в домашних условиях. Для этого вам понадобится автомобильный аккумулятор или блок питания с характеристиками 2– 6A, а также напряжением от 6 до 12 вольт. Чтобы выполнить гальваническое формирование защитного слоя, вам нужно иметь электролит. Для изготовления электролита своими руками нужно сделать раствор, используя следующие ингредиенты:
- 400 грамм сернокислотного цинка.
- 100 грамм сернокислотного аммония или магния.
- 30 грамм уксуснокислого натрия.
- 2 литра обычной воды.
Приготовив дома такой раствор, можно провести оцинкование металлических деталей машины. Вместо описанного раствора подойдет также и жидкость с аккумулятора вашего автомобиля. В качестве емкости для состава пригодна обычная стеклянная банка. Процесс оцинковки гальваническим методом дома выглядит так:
- Очистка и обезжиривание детали автомобиля.
- Погружение заготовки на несколько секунд в серную кислоту.
- После повторной промывки материал помещается в емкость для последующего цинкования.
- Положительный контакт от аккумулятора или блока питания закрепите на цинковой пластине.
- Отрицательный контакт прикрепить следует на заготовку.
- После этого поместите пластину из цинка и деталь авто в емкость с раствором и оставьте на 30 – 40 минут.
При проведении этой операции дома, следует держать в помещении открытые окна, а также воспользоваться специальной одежной и перчатками. Используя этот набор приспособлений, вы можете провести цинкование своими руками небольших изделия или элементов автомобиля. Метод не требует от вас больших затрат и осуществляется быстро.
Метод холодного цинкования
Провести цинкование деталей машины можно и при помощи метода холодной оцинковки. Для этого метода необходимо приобрести специальную краску с содержанием цинка. Она – двухкомпонентная, поэтому перед процессом оцинковки делателей компоненты краски необходимо смешать вместе. Набор из цинкового порошка и связующего элемента нужно смешать в пропорции 3 к 1 или 1 к 1. После смешивания краски, при положительной температуре воздуха нанесите состав на деталь от машины. Холодный метод очень простой и его легче всего провести дома.
Несмотря на то что оцинковка металла в промышленных условиях – процесс сложный, выполнить цинкование изделий можно и дома при помощи простых методов.
autolirika.ru
Цинкование металла: технология и методы
Для защиты металла от коррозии создано множество методов и способов. Суть их заключается в том, что на поверхность металла наносится специальное вещество. На конечном этапе образуется тонкая пленка. Она препятствует попаданию влаги, кислорода, а также агрессивных веществ на поверхность. Среди данных методов выделяют цинкование металла. Оно является наиболее действенным.
Общие сведения
Как говорилось ранее, цинкование металла — это процесс нанесения на поверхность изделия специального вещества. 
- увеличивается прочность изделия;
- устойчивость к различным температурам;
- не подвергается воздействию агрессивных веществ;
- увеличивается срок службы изделия;
- изделие не подвергается окислению.
Технологическая основа
Цинкование металла является популярной процедурой во всем мире. Данный процесс заключается в том, что на стальную поверхность наносится специальный цинковый раствор. После этого образуется тонкая пленка, которая и выполняет защитные функции, то есть предотвращает коррозию. Коррозия меняет структуру металла и приводит изделие в непригодность.
Как ржавеет?
Как говорилось ранее, на изделия воздействуют влага, а также кислород и агрессивные вещества. 
Этапы
Цинкование металла заключается в покрытии защитной цинковой пленкой различных видов изделий. Чтобы произвести данную процедуру, необходимо иметь специальное оборудование. Каждый элемент устройства не должен подвергаться воздействию влаги и агрессивных веществ. Процесс цинкования разделяется на такие этапы:
- Подготовительный. В первую очередь необходимо привести в порядок изделие. Его поверхность нужно очистить от различных веществ, а затем обезжирить ее. Далее происходит процесс травления. Металлическое изделие опускают в емкость с кислой средой. Как правило, используют раствор серной кислоты. Благодаря травлению металла на поверхности возникает оксидная пленка. А значит, цинковый раствор будет держаться дольше. В конечной стадии с изделия убирают остатки кислоты и просушивают.
- Процесс цинкования. Данный этап заключается в том, что на подготовленную поверхность наносится раствор. Чтобы его изготовить, необходимо расплавить цинк в специальной ванне под действием высокой температуры. Когда раствор готов, в ванную погружают металлическое изделие и выдерживают несколько минут.
- Сушка изделия. Оцинкованное изделие сушится при комнатной температуре.
Процесс цинкования металлических изделий происходит в специальных ваннах.
При необходимости они оснащаются розетками. Несмотря на значительные их объемы, в них проводится также и обработка большого количества мелких изделий. Таким образом, оборудование для цинкования металла и метизов могут иметь не только мелкие, но и крупные размеры.
Основные методы обработки
Наиболее популярным способом защиты металлических изделий от коррозии является цинкование. Существуют различные способы данного процесса. Каждый из них применяется для определенного типа металла. Некоторые виды могут вступать в реакцию с цинком. Существует четыре вида обработки: горячий, холодный, термодиффузионный, гальванический. Рассмотрим каждый вид более подробно.
Горячий
Покрытие изделий таким способом является популярным во многих странах. Его главными положительными свойствами является высокое качество, а также долгий срок эксплуатации. Поэтому такой способ стал одним из лучших. Существует также и ряд отрицательных свойств. В первую очередь, метод не является экологически безопасным, так как на стадии подготовки и цинкования используется множество химических веществ. Кроме того, при горячей обработке возникает существенная трудность. Необходимо поддерживать температуру цинка в пределах от 500 до 5000ºС. Для поддержания такого уровня нагрева затрачивается много электроэнергии. Горячее цинкования металла в домашних условиях - довольно сложный процесс.
Технологически процесс разделяется на два этапа. Это подготовка и цинкование металла. На первом этапе занимаются подготовкой металлического изделия. Ее поверхность необходимо обезжирить и очистить от мусора. После этого происходит травление, промывка и просушка.
Данные операции прописаны в нормативной документации.
Чтобы покрыть цинком деталь, необходимо погрузить ее в специальную ванну. В ней находится специальный раствор, который предотвращает появление коррозии. Способы закрепления металла при горячем цинковании могут быть различными. Они зависят от вида и формы изделия. Такая технология применяется во многих отраслях производства. К примеру, для изготовления оцинкованной проволоки, труб и т. д.
После применения к ним горячего метода изделия имеют долгий срок эксплуатации, то есть надежно защищены от коррозии. Единственной трудностью являются ванны. Для обработки больших деталей необходимо найти ванну соответствующих объемов, что довольно трудно. Такая особенность сказывается на затратах. Где производят горячее цинкование металла? Курск, Москва, Челябинск, Ярославль – это лишь малый перечень городов, где различные компании предлагает данную услугу. Зачастую они работают именно с крупными объемами.
Данный метод применяется в том случае, когда необходима обработка гладкой поверхности. Технология цинкования металла гальваническим способом основана на закреплении вещества на поверхности изделия за счет электрохимического воздействия. Такой способ подходит абсолютно для всех типов металла. Изделие получает равномерное блестящее покрытие. Это происходит благодаря слиянию покрытия металла и цинка.
На данное взаимодействие влияет наличие на поверхности различного мусора или других пленок. Поэтому перед началом процедуры следует заняться очисткой. При массовом производстве за этим тяжело следить, поэтому цинкование может быть некачественным.
Гальванический способ основан на погружении металлического изделия в ванну, где находится раствор электролита. К детали подсоединяется источник тока. В этом случае возникает процесс электролиза. Ему подвергается цинк, который и покрывает металлическую деталь.
Плюсы
Главным положительным качеством является внешний вид изделия - поверхность ровная и блестящая. Однако есть и существенный недостаток. Перед сливом раствора, который находился в ванной, необходимо очищать ее от цинка. При данном методе образуется большое количество отходов, которые наносят вред окружающей среде. Поэтому необходимо приобрести специальное дорогостоящее оборудование. Оно будет выделять цинк из раствора. Поэтому такой метод является одним из самых дорогостоящих.
Как сделать цинкование металла в домашних условиях?
Данную процедуру применяют многие мастера, когда необходимо обработать мелкие детали. Для начала необходимо найти подходящую емкость и изготовить электролит. Процедуру проводят в хорошо проветриваемом помещении и в защитной одежде, так как частицы электролита могут нанести вред человеку. при попадании их на кожу возможен химический ожог. Для приготовления берут воду, сернистый цинк, магний и уксус. Готовый концентрат нужно процедить. Далее металлическая деталь опускается в емкость и готовится анодное изделие. К маленькому куску цинка крепится медный провод, который подключается к электросети. Изделие опускается в электролит и начинается процесс обработки. После этого металлическую деталь сушат. Гальваническое цинкование металла в домашних условиях выполнить довольно легко.
Особенности холодного способа
На протяжении последних лет данный метод получил широкое распространение. Суть его заключается в том, что металлическое изделие окрашивается специальными веществами, которые содержат цинк. Такой метод не требует особых навыков. Однако есть и недостатки: готовые оцинковочные изделия подвергаются механическим воздействиям. Кроме того, необходимо постоянно осуществлять наблюдение за техническим персоналом, который готовит раствор и выполняет работу. Как говорилось ранее, данный способ довольно прост. Поэтому оборудование для холодного цинкования металла не требуется. Работа должна выполняться в соответствии с санитарно-гигиеническими правилами. При помощи этого метода обрабатываются трубы, а также изделия, которые находятся в закрепленном варианте. Для этого необходимо подготовить раствор и нанести его на изделие при помощи кисточки или валика. Единственное оборудование для холодного цинкования металла, которое используется — это распылитель. Он помогает добраться до недоступных мест и выполнить покраску равномерно и качественно. Среди недостатков многие пользователи отмечают низкую надежность.
Технология термодиффузионного цинкования
Данным методом пользуются достаточно давно, но он популярен и в наши дни.
Впервые его применили в Англии в конце XIX века. Изобретение стало известным благодаря известному ученому Шерарду. Однако данный метод быстро забыли, заменив его на другой. Его возрождение приходится на конец ХХ века. Технология термодиффузионного метода заключается в том, что поверхность металлического изделия обрабатывается цинком, находящимся в паровом состоянии. Для этого его необходимо нагреть до 2500ºС. Процесс выполняется в закрытой емкости при наличии в ней цинксодержащей смеси и металлических элементов. Технология проведения данной процедуры определяется не только отечественными, но и импортными нормативными документами.
Термодиффузионное цинкование выполняют в том случае, когда необходимо достичь толщины в 20 мкм. Технологический процесс схож с горячим методом цинкования. Однако различия тоже есть. Подготовленное изделие опускается в барабанную печь, где за счет вращающихся сил происходит обработка. Данный процесс выполняется за 3 часа работы данного оборудования. При помощи его окрашиваются различные мелкие детали, такие как шайбы и шурупы.
В отличие от горячего метода, нанесение цинкового опыления происходит равномерно по всей поверхности.
Заключение
Данный процесс помогает защитить различные металлические детали от коррозии, влаги, а также агрессивных веществ. Существует 4 технологических вида цинкования. Каждый из них имеет свои особенности и подходит для определенного типа металла. Несовместимость таких компонентов приведет к некачественному окрашиванию и, как следствие, к снижению прочности готового изделия. Цинкование происходит в специальных ваннах или барабанных печах. Однако процесс можно произвести и в домашних условиях. Для этого нужно приобрести расходные материалы. Работа выполняется в проветриваемом помещении в специальной защитной одежде, так как некоторые компоненты причиняют вред человеческому организму.
fb.ru
5 способов защиты от коррозии
Защита металлической поверхности от коррозии актуальна всегда, независимо от объемов производства. Она необходима и в частном хозяйстве. Подобная защита в значительной степени продлевает продолжительность службы изделий и делает их использование надежным. Одним из самых распространенных вариантов является цинкование металла, при котором на поверхность наносят химический состав с содержанием цинка. Данный метод выполняется в различных условиях с использованием подходящей технологии.
Особенности процедуры
Все стальные изделия подвержены процессу коррозии. Особенно актуальным это становится во влажных условиях. Если использовать цинкование металла, обеспечивается самая надежная антикоррозийная защита. Это связано с тем, что в результате данного процесса на поверхности появляется гальваническая пара вместе с основной сталью. В ней большая степень электроотрицательного заряда характерна цинку. Данный уровень стали существенно ниже. Именно поэтому ее рекомендуют покрыть данным составом.
В этой паре основное воздействие агрессивной среды приходится именно на поверхность покрытия цинком. При этом химическая реакция с основным металлом практически исключается. В результате подобная защита обеспечивается до тех пор, пока у оцинковки сохраняется достаточный слой. Поверхность перестанет давать нужный эффект, когда покрытие полностью разрушится.
Цинкование стальных изделий дает не только хорошую барьерную, но и электрохимическую защиту. Данный процесс можно выполнить разными способами, выбор которых определяется наличием специальных средств и оборудования. В некоторых случаях можно нанести цинк в домашних условиях.
Обратите внимание! Под воздействием влаги и кислорода защитное покрытие разрушается. На его месте появляется гидрооксид цинка, который дает некоторые защитные свойства.
Во всем мире для антикоррозийной защиты широко применяется цинкование металла. Это связано с тем, что у цинка невысокая стоимость. Кроме того, он дает высокую защиту от воздействия внешней среды. А процесс цинкования отличается невысокими затратами, что делает его доступным для самостоятельного использования.
При попадании цинка в атмосферу начинается активное взаимодействие с кислородом. В результате данного процесса на поверхности появляется тонкий слой оксидной пленки, который предохраняет сталь от агрессивного воздействия внешних факторов. Для получения качественного результата необходимо правильно подобрать толщину будущего покрытия. Она во много определяется временем проведения процесса и температурным режимом.
Если вы применили цинкование металла в домашних условиях, такое изделие нельзя подвергать дальнейшей механической обработке. В противном случае защитный слой исчезнет и работу придется повторить.
Основные способы цинкования
Если вам необходимо защитить металлические изделия, стоит применить один из вариантов цинкования. Если в точности следовать технологии, у вас получится стойкая к коррозии поверхность. Выделяют следующие виды цинкования:
- горячее цинкование;
- холодное цинкование;
- газо-термическое напыление;
- термодиффузионный метод;
- гальванический метод.
Подбирая метод цинкования металла, важно руководствоваться желаемым эффектом. Не менее важно учитывать, в каких условиях планируется применять полученное изделие. Для одной детали можно использовать различные варианты обработки.
Горячее
Подобный вариант покрытия металла цинком предполагает погружение детали в емкость, в которой находится расплавленный цинк. При этом важно поддерживать температурный режим на уровне 460-480 градусов. По долговечности и качеству это один из самых оптимальных вариантов. Данный метод находится на втором месте по получаемому объему производства.
Подобное оцинковывание отличается сложным с технологической точки зрения процессом. Он опасен и с экологической точки зрения, т. к. приходится взаимодействовать с расплавленным цинком.
Холодное
Холодное цинкование представляет собой окраску металлических изделий при помощи грунтов, насыщенных цинком в порошкообразной форме. Когда покрытие будет готово, содержание в нем цинка дойдет до 89-93%. Данный вариант оцинкования связан с использованием высокотехнологичного процесса. Он широко используется благодаря своей простоте. Холодное цинкование создает поверхность, которая будет служить в несколько раз дольше по сравнению с предыдущим методом.
На видео: как получить цинковый порошок.
Газо-термическое
В данном случае расплавляют цинк, имеющий порошкообразную или проволочную форму. Затем его наплавляют на металлический элемент в газовом потоке. Данный способ часто применяется, чтобы защитить большую конструкцию, не помещающуюся в специальной ванне с раствором цинка. Полученное покрытие не теряет своих свойств в течение 30 лет и имеет высокий класс.
Термодиффузионное
Такая технология цинкования металла позволяет получить прочное покрытие благодаря тому, что в железную подложку проникают атомы цинка. В результате получается сплав со сложной структурой. Эффект получается благодаря высокой температуре, которая превышает 2600 градусов. Это экологически безопасный метод, имеющий высокий класс устойчивости.
Гальваническое
Гальваническое цинкование создает не только прочное, но и гладкое гальваническое покрытие. Гладкие и блестящие металлические изделия не требуют в большинстве случаев дополнительной обработки. Кроме того, при данном методе есть возможность после обработки подвергать металл сварке.
Все представленные методы широко используются в заводских условиях. Для цинкования металла своими руками применяется холодный или гальванический способ. При соблюдении технологии получается качественное покрытие с высокими защитными свойствами.
Особенности гальванического метода
При самостоятельной работе часто используется электрохимический метод или холодное цинкование. Это связанно с тем, что данные способы просты в использовании. Электрохимическое цинкование требует тщательной подготовки поверхности. Она заключается в предварительной очистке поверхности и ее обезжиривании. Предмет протравливают кислотой и промывают водой.
Электролитом может выступать раствор любой соли, в которой есть цинк. Подобное электролитическое цинкование создает надежную и долговечную защиту. Полученный раствор перед применением необходимо процедить.
Если вы хотите использовать технологию гальванического цинкования металла, необходимо сделать специальный аппарат. Его можно выполнить из источника постоянного тока, у которого сила тока составляет 2-6 А, а напряжение 6-12 В.
Осуществляя цинкование в домашних условиях, необходимо учитывать, что качество и толщина покрываемого изделия окажут влияние на такие факторы:
- геометрические параметры изделия;
- сложность представленной формы;
- плотность и температуру используемого раствора с электролитом;
- плотность тока, которая приходится на единицу покрытия обрабатываемой детали.
Цинкование в домашних условиях
Гальваническое цинкование можно выполнить в домашних условиях. Это простая процедура, но она требует высокой точности исполнения и большой аккуратности. Вам потребуется источник тока, в качестве которого можно применить автомобильный аккумулятор. Но можно воспользоваться и зарядным устройством на 6-12 В и 2-6 А.
Теоретически для приготовления электролита подойдет любая соль, которая может раствориться в воде. Но с практической точки зрения необходим специальный раствор цинка.
Вам потребуется следующий состав для электролита:
- магний или сернокислый аммоний – 50 г;
- сернокислый цинк – 200 г;
- 1 литр воды;
- уксуснокислый натрий – 15 г.
В данном случае гальваническое цинкование будет проведено лучшим образом. Но вы можете использовать аккумуляторный электролит, представленный водным раствором с серной кислотой. В него добавляют цинк до прекращения реакции. Затем цинк остается, а кислота переходит в состояние соли. На дне образуется осадок, если у вас получится слишком концентрированный раствор кислоты. В данном случае необходимо добавить воды.
Электролиты относят к категории опасных ядов. Из-за этого с ними следует работать очень осторожно и только в защитной одежде. Работу выполняйте в помещении, которое можно хорошо проветрить.
Прибегая к гальванической оцинковке, отдайте предпочтение посуде из стекла или винипласта. Если деталь небольшая, можно воспользоваться литровой банкой. При гальванике должна быть возможность закрепления изделия к емкости. Электролит заливают в емкость после процеживания.
Изделие предварительно обезжиривают, чтобы цинк покрыл поверхность ровным и прочным слоем. После этого его помещают в раствор и держат до 10 секунд. После этого его нужно хорошо промыть в чистой воде. Данный процесс называют химическим активированием. Затем начинается анодирование стального предмета.
Для цинкования деталей необходимо применение цинкового электрода. Его делают из имеющегося куска цинка. В нем необходимо просверлить отверстие подходящего размера. Затем в него продевают медную проволоку, на которой он и подвешивается. Для этого у электрода должна быть не только плоская, но и подходящая для удобства форма. А поверхность поверхности должна быть примерно той же, что и площадь у самого изделия.
Используйте провода из меди для подключения к источнику питания. Следите, чтобы плюс был подведен к цинковому электроду. При этом минус подводится к самому изделию. Период воздействия составляет от 10 до 40 минут. Таким образом получится цинковое покрытие, у которого будет высокий класс.
Данная технология гальванического цинкования металла заключается в том, что на поверхность наносят состав, имеющий вид красящего состава. В результате, используется не краска с цинком, а металл, представленный в форме краски. В качестве цинкователя используется большое количество материалов, которые выпускают современные производители. Но состав цинка в них меняется, от чего будет зависеть качество готовой поверхности.
Если вы планируете цинкование своими руками, обратите внимание на предложенную инструкцию производителя. У многих смесей есть серьезные требования к предварительной подготовке.
Оцинковка металла производится продуктом, который включает две составляющих – цинковый порошок и связующую жидкую смесь. Их продают вместе, но поставляют в отдельных емкостях. Прежде чем использовать продукт, отдельные компоненты необходимо смешать в соответствии с инструкцией.
Состав наносят при температурном режиме 5-40 градусов и при режиме влажности от 30 до 98 %. Проводите работы исключительно в хорошо проветриваемом помещении, используя индивидуальные средства защиты.
Таким образом, вы можете защитить стальные изделия от коррозии, используя простое оборудование для цинкования металла. При соблюдении простой технологии получается качественное покрытие, обеспечивающее хорошую защиту от процессов коррозии. А поверхность приобретает высокие декоративные характеристики.
Покрытие металла цинком своими руками (2 видео)
Разные методы цинкования (25 фото)
gidpokraske.ru
Цинкование металла в домашних условиях своими руками: технология, оборудование
В домашних условиях цинкование металлов вполне осуществимо. Прежде всего, оно необходимо для защиты металла от коррозии, которая является наиболее разрушительной «болезнью».
Некоторые виды металлов, контактируя с воздухом, начинают окисляться.
В результате этого процесса на поверхности появляется пленка, способная защищать поверхность от вредных воздействий.
Что касается железа, то здесь также образуется пленка, но она не отличается то же плотностью, поэтому не дает материалу нужной защиты. В итоге воздух со временем проникает все глубже, поражая большую поверхность.
Для сохранения металлических изделий от ржавчины, помимо цинкования, можно выполнить хромирование, покрыть металл медью, оловом или свинцом. Специальные заводы выпускают сегодня много вариантов различного покрытия.
Технология покрытия металла цинком довольно-таки проста, поэтому ее можно выполнить своими руками.
Оцинковка металла может осуществляться различными методами:
- Горячее цинкование.
- Холодная краска.
- Гальваническое.
- Газо-термическое напыление.
- Термодиффузионное.
Независимо от того, какие классы цинкования используются, необходимо правильно выбирать толщину этого покрытия, на которую влияет время и температура технологического процесса.
Горячее цинкование
Горячая оцинковка металлических изделий считается наиболее эффективным и долговечным методом борьбы с коррозией.
Однако, с экологической точки зрения данный метод нельзя называть безвредным и безопасным, поскольку цинк подвергается плавлению, металлическая поверхность обрабатывается химическим путем.
Технология данного метода предполагает наличие двух этапов: подготовительного и непосредственной оцинковки.
Видео:
Подготовка заключается в том, что металлическая поверхность сначала обезжиривается, затем необходимо выполнить травление.
После этого поверхность промывается, осуществляется флюсование и все тщательно просушивается.
Горячее цинкование производится, используя специальное оборудование.
После того как изделие высохнет, осуществляется процесс оцинковки: просушенный материал опускается в специальную емкость, где располагается горячий цинк.
Горячая оцинковка, несмотря на то, что является наиболее эффективным методом защиты железа от ржавчины, имеет свои недостатки.
Во-первых, необходимо иметь специальное оборудование – ванны, сушильную камеру, печь.
Во-вторых, ее размеры часто бывают ограничены, в результате чего становится невозможным обрабатывать материал больших размеров.
Хотя, нужно отметить, что современное промышленное оборудование позволяет делать горячее цинкование ЛЭП, строительных лесов и пр.
Метод холодного цинкования
Холодное цинкование металла становится наиболее популярным методом оцинковки. Технологический процесс подразумевает покрытие железа краской, содержащей порошковый цинк.
Поверхность оцинкованного изделия содержит 89-93% Zn. Технология является более простой в сравнении с предыдущим методом горячей оцинковки.
Металлическая поверхность изделия покрывается распыленным цинком таким же способом, как наносится обычная краска, то есть при помощи валика или кисти.
Видео:
Если использовать распылители, то можно не только экономить время на обработку изделия, но и прокрашивать труднодоступные места.
Холодная краска цинком металлических поверхностей удобна в тех случаях, когда другие методы обработки применить трудно или невозможно, специальное оборудование для этого не используется.
Этот способ обработки металла цинком используется также для ранее оцинкованных изделий. Данная технология может осуществляться при различных температурах.
Гальваническое цинкование
Гальваническое цинкование осуществляется с помощью электрохимического воздействия.
Используя гальваническое цинкование, вид оцинкованного покрытия гладкий, равномерный, блестящий и привлекательный с декоративной точки зрения.
Технологический процесс таков: чтобы покрасить, обрабатываемая деталь опускается в емкость, в которой находится электролит (цинковая пластина).
Подводится ток, в результате анод цинка растворяется и оседает на поверхности материала.
Нужно отметить, что цена данного метода достаточна высока.
Технологический процесс влечет образование опасных отходов, который сопровождается большими затратами на очистку сточных вод.
Газо-термическое напыление
Данная технология применяется в тех случаях, когда габариты обрабатываемых конструкций не дают возможность покрасить, используя оборудование в виде ванн, как при выше описанных методах.
Используются такие виды цинка, как проволочный или порошковый.
Видео:
Цинк сначала подвергается плавлению, после чего происходит напыление на обрабатываемую поверхность посредством газового потока.
Поверхность оцинкованного материала приобретает чешуйчатый, пористый вид. Из-за полученной структуры материал необходимо дополнительно покрасить, чтобы заполнить образовавшиеся поры.
Газо-термическое напыление цинка обладает высокой степенью защиты материала даже в таких условиях, как в воде (пресной и морской), а также в различных атмосферных условиях.
Термодиффузионное цинкование
Данная разновидность оцинковки известна еще как шерардизация.
Технологический процесс заключается в следующем: атомы цинка преобразуются в пар при очень высокой температуре (более 2600°), благодаря чему происходит проникновение в железо.
Данная технология применима в тех случаях, когда необходимо создать оцинкованный слой толщиной, превышающей 15 мкм.
Для данного метода используется специальное оборудование.
Процесс протекает при высоких температурах и в замкнутом пространстве муфелей (реторт), объемы которых заполняются обрабатываемым изделием и порошком, содержащим цинк.
Покрасить металл данным методом экологически безопасно, а также такая оцинковка характеризуется хорошей адгезией, покрытие из цинка повторяет контур деталей, защитные способности находятся на высоком уровне. Однако цена такого варианта весьма существенна.
Гальваническая оцинковка в домашних условиях
Гальваническое цинкование материала своими руками требует наличие аккумулятора от автомобиля или зарядного устройства, отвечающее следующим требованиям: 2-6А, 6-12В.
Электролит можно сделать из любой соли, но лучше воспользоваться раствором соли цинка.
Видео:
Чтобы его сделать, потребуется сернокислотный цинк (200г), сернокислотный аммоний или магний (50г), уксуснокислый натрий (15г), вода (1л).
Также для цинкования своими руками можно использовать аккумуляторный электролит (разведенная серная кислота), в который помещают цинк.
В результате реакции цинк остается на поверхности изделия, а кислота преобразовывается в соль.
Если на дне выпадет осадок, то это говорит о высокой концентрации кислотного раствора. В этом случае раствор разбавляется небольшим количеством воды.
В качестве емкости используется стеклянная банка, если обрабатываемая деталь небольших размеров, либо винипласт или любая другая стеклянная емкость.
Емкость необходимо подобрать так, чтобы на ней можно было закрепить электрод с деталью.
Сам процесс покрытия металла цинком своими руками необходимо начинать с очистки и обезжиривания детали.
После этого ее помещают в раствор серной кислоты на несколько секунд (до 10 сек), таким образом металлическая деталь активируется.
Затем ее необходимо промыть обычной водой. Далее осуществляется анодирование материала.
Электрод делают из небольшого кусочка цинка, в котором просверливают отверстие и продевают медную проволоку.
Видео:
При этом, сделанный своими руками электрод, должен быть сопоставимым по площади, как и обрабатываемый материал, форму брать лучше плоскую для удобства размещения в емкости.
Подручное оборудование присоединяют минусом к материалу, а плюсом – к цинку. Процесс будет протекать в течение 40 минут, в результате которого цинк растворится и осядет на поверхности изделия.
Следует отметить, что оцинковка своими руками должна осуществляться в проветриваемом помещении, а также в перчатках и специальной одежде. Цена домашнего метода остается невысокой.
Холодное цинкование дома
В домашних условиях можно выполнить холодное цинкование металла, для которого используется краска. Следует отметить, что это не просто краска с добавлением цинка, а скорее цинк в таком виде.
Для создания оцинкованного изделия используют специальные материалы (продаются в магазинах) с двумя составляющими: порошок цинка и связующий компонент в жидком виде.
Краска в виде двух веществ находится в отдельных емкостях. Они смешиваются согласно инструкциям, имеющимся на упаковках.
Видео:
Пропорции, в которых они смешиваются между собой, могут быть 1:1, либо 3:1 (цинк и связующий компонент соответственно).
Краска наносится при положительной температуре (5-40 градусов) в проветриваемом помещении.
Хорошим средством, которым можно покрасить металлическое изделие, считается краска «Гальванол». Он прост в применении даже в домашних условиях, может наносится на ржавчину, быстро сохнет, а цена остается доступной для простых обывателей.
Методы домашнего цинкования отличаются своей простотой, доступностью и эффективностью внешнего вида оцинкованного материала.
Также следует отметить, что специальное оборудование для данного процесса в домашних условиях использовать не надо.
rezhemmetall.ru
Способ удаления цинка с оцинкованной стали
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки отходов оцинкованной стали. Способ включает обработку отходов оцинкованной стали водным раствором, содержащим 250 г/л соляной кислоты и 2,5 г/л гексаметилентетрамина, в котором при температуре 10-40°С в течение 20-30 мин выдерживают отходы оцинкованной стали, после чего насыщенный цинком водный раствор сливают и извлекают стальные отходы. Способ обеспечивает удаление цинка с оцинкованной стали до содержания не более 5% от исходного в условиях литейных цехов машиностроительных производств, с учетом защиты металлической основы отходов от растворения в кислоте в течение протекания реакции.
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки отходов оцинкованной стали. Отходы загружают в водный раствор соляной кислоты и в присутствии гексаметилентетрамина при температуре 10-40°С выдерживают 20-30 мин, после этого полученный раствор с ионами цинка может быть направлен на дальнейшую переработку, а обработанные отходы могут быть использованы в качестве шихты при выплавке чугуна.
Изобретение представляет собой способ удаления цинка из отходов оцинкованной стали в растворе, содержащем кислоту. Цинк используется в качестве защитного покрытия от коррозии в машиностроении, а также других отраслях. Переработка оцинкованных стальных отходов затруднена по ряду причин. Например, использование таких отходов при плавке в индукционных печах приводит к снижению качества выплавляемого металла, ухудшению экологической обстановки и негативно влияет на обслуживающий персонал. С другой стороны, это ценный сырьевой материал для получения цинка, поэтому восстановление цинка из оцинкованных стальных отходов экономически целесообразно. В связи с этим разработаны различные методы отделения цинка от стального основания отходов.
Известен способ удаления цинка из цинксодержащих стальных отходов методом испарения [1]. Для этого отходы выдерживаются при температуре 500-950°С в защитной атмосфере в специальном устройстве до момента испарения цинка со стальной подложки. После этого испаренный цинк конденсируется в специальном приемнике, откуда может поступать на переработку, а стальные отходы могут направляться на брикетирование и переплав.
Недостатком данного способа являются большие финансовые затраты на оборудование для испарения цинка, а также значительный расход энергии, затрачиваемой на нагрев отходов и испарение цинка.
Другим способом очистки оцинкованных стальных отходов является электролитический метод [2]. Цинксодержащие отходы, играющие роль анода, погружаются в раствор едкого натра и едкого калия при PH 11-15.5, затем они электрически подключаются к катоду без применения внешнего источника напряжения. В результате электрохимической реакции цинковое покрытие с анода (стальные отходы) осаждается на катоде.
Недостаток способа - требуется постоянный контроль за протеканием реакции, также необходимо применять специальные меры для недопущения неравномерности снятия цинкового покрытия.
Наиболее близким по технической сущности является способ удаления цинка с оцинкованных стальных отходов в растворе кислоты [3], заключающийся в обработке отходов раствором серной кислоты концентрацией 100-300 г/л. Для ускорения протекания реакции с целью недопущения растворения железа стальной основы в раствор добавляются ионы цинка в количестве 10-70 г/л. Реакция протекает при температуре 15-70°С в течение промежутка времени порядка 90 с.
Недостатком способа является необходимость использовать относительно большое количество ионов цинка, а также невозможность полностью защитить стальную основу от растворения железа.
Задача данного изобретения состоит в подготовке отходов оцинкованной стали для использования в качестве шихтового материала при индукционной плавке, разработка экономически целесообразного способа удаления цинка с оцинкованной стали до содержания не более 5% от исходного в условиях литейных цехов машиностроительных производств, с учетом защиты металлической основы отходов от растворения в кислоте в течение протекания реакции.
Технический результат - удаление цинка с оцинкованной стали до содержания не более 5% от исходного в условиях литейных цехов машиностроительных производств, с учетом защиты металлической основы отходов от растворения в кислоте в течение протекания реакции.
Технический результат достигается тем, что отходы оцинкованной стали загружают в агрегат в виде емкости необходимого объема для одного цикла обработки. Потом добавляют в требуемом количестве воду с температурой 10-40°С. Затем в воду с отходами добавляют необходимое количество гексаметилентетрамина из расчета 2,5 г/л. Далее в воду наливают техническую соляную кислоту в количестве 250 г/л.
Количество обрабатываемых отходов рассчитывается таким образом, чтобы цикл обработки при средней температуре 20°С не превышал 30 мин. После выдержки в течение заданного времени раствор сливают и отправляют на дальнейшую переработку, а стальные отходы могут использоваться в качестве шихты для выплавки чугуна в индукционных печах литейных цехов машиностроительных предприятий.
По результатам опытов получены следующие результаты.
При обработке 0,529 кг оцинкованной стали раствором, содержащим 120 мл воды и 40 мл технической соляной кислоты в присутствии 0,4 г гексаметилентетрамина, снято 11 г цинка. При этом остаточная масса стали составила 0,518 кг. Время протекания реакции составило 22 мин.
Предложенное техническое решение позволяет извлечь весь металлический цинк из оцинкованных стальных отходов за относительно короткое время, тем самым подготовив отходы для дальнейшего использования в индукционной плавке. При этом получившийся насыщенный солями цинка раствор может использоваться в качестве электролита в ваннах цинкования, если в производственной цепочке предприятия присутствуют гальванические цеха или участки или отправлен на дальнейшую переработку.
Достоинство указанного способа в том, что процесс осуществляется в условиях собственного производства литейных цехов машиностроительных предприятий в одном агрегате с низкими временными затратами (продолжительность полного цикла очистки не превышает 30 мин). Использование гексаметилентетрамина позволяет полностью защитить стальную основу отходов от растворения в кислой среде. Получившийся в процессе очистки оцинкованных стальных отходов раствор, содержащий ионы цинка, может быть использован для восстановления металлического цинка или использован в процессе цинкования.
Новым в данном процессе является:
- использование в растворе соляной кислоты в количестве, безопасном для обслуживающего персонала;
- использование гексаметилентетрамина в качестве ингибитора для защиты металлической основы отходов от растворения в кислоте.
Пример.
Отходы оцинкованной стали в количестве 200 кг загружают в емкость объемом 150 л. Потом добавляют воду в количестве 45 л с температурой 20°С. Затем в воду с отходами добавляют гексаметилентетрамин в количестве 150 г. Далее в воду наливают техническую соляную кислоту в количестве 15 л.
Обработка производится 25 мин. После выдержки раствор сливают и отправляют на дальнейшую переработку, а стальные отходы могут использоваться в качестве шихты для выплавки чугуна.
Источники информации
1. US 5350438 A, Method and apparatus for removing plated metal from steel sheet scraps, TOYOKIN KABUSHIKI KAISHA, JAPAN.
2. US 5302260 A, Galvanic dezincing of galvanized steel, NORANDA INC. A CORPORATION OF ONTARIO, CANADA.
3. WO 2011038746 A1, Acidic dezincification, Drt Deutsche Rohstofftechnik Gmbh, GERMANY.
Способ удаления цинка с отходов оцинкованной стали, включающий обработку отходов оцинкованной стали водным раствором кислоты, отличающийся тем, что обработку осуществляют водным раствором, содержащим 250 г/л соляной кислоты и 2,5 г/л гексаметилентетрамина, в котором при температуре 10-40°С в течение 20-30 мин выдерживают отходы оцинкованной стали, после чего насыщенный цинком водный раствор сливают и извлекают стальные отходы.
www.findpatent.ru
Основы металлургии цинка
Свойства цинка
Цинк находится во второй группе периодической системы. Подобно другим элементам этой группы, он двухвалентен и имеет явно выраженные металлические свойства. Но как металл цинк уступает в активности бериллию, магнию и щелочноземельным металлам, представляющим главную подгруппу той же второй группы.
Порядковый номер цинка 30, в четвертом ряду он находится на рубеже между никелем и медью – с одной стороны и галлием, германием и мышьяком – с другой. Такое переходное положение между типичными металлами и неметаллами объясняет появление у цинка неметаллических свойств, выраженных в амфотерности его окиси.
Точки плавления и кипения цинка соответственно равны 427 и 907 ºС. Сравнительно низкая температура кипения была причиной, задержавшей развитие производства цинка. Привычные способы выплавки металлов нагреванием смеси руды и угля не давали результата из-за летучести цинка, который уходил из печного пространства с дымовыми газами в виде паров. Позднее научились конденсировать пары, что породило дистилляционный способ получения цинка.
Природный цинк с атомной массой 65,37 состоит из пяти изотопов: Zn64, Zn66, Zn67, Zn68, Zn70 .
Электрохимический потенциал цинка
Zn2+ + 2e = Zn;E0 = -0,76 в.
Большая отрицательная величина потенциала характеризует высокую активность цинка. Однако он разлагает холодную воду; причина тому не только покрывающая металл тонкая пленка основных углекислых солей, но и медленный разряд ионов водорода на цинке – высокое перенапряжение на нем водорода.
Примеси железа, меди и других более электроположительных металлов значительно ускоряют растворение цинка в кислотах.
Для защиты железа от коррозии его покрывают слоем цинка. При местном разрушении покрытия защита продолжается: обнаженные участки железа не разрушаются, они становятся местами выделения водорода за счет растворения цинка.
В сильных кислотах цинк растворяется с выделением водорода, а в растворах щелочей – с образованием анионов цинковой кислоты, цинкатов:
Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + h3.
Окись цинка ZnO – рыхлый белый порошок, получаемый сжиганием паров цинка на воздухе, ее широко применяют для производства масляных и других малярных красок: чистый белый цвет и кроющая способность сделали цинковые белила необходимым материалом в малярном деле.
Окись цинка – вещество неплавкое: при температурах выше 1800 ºС она испаряется без плавления. Температура начала восстановления цинка из окиси углеродом около 950 ºС.
Сульфид цинка ZnS также неплавок и при температуре выше 1180 ºС заметно летуч. При нагревании на воздухе ZnS окисляется до основных сульфатов – ZnO · nZnSO4, сульфата ZnSO4 и окиси ZnO.
Сырье для получения цинка
Основным источником получения цинка являются сульфидные, медно-свинцово-цинковые, медно-цинковые и свинцово-цинковые руды.
В сульфидных рудах цинк обычно присутствует в виде сфалерита или вуртцита, состав которых отвечает формуле ZnS, и марматита nZnS · mFeS. Спутниками цинка в полиметаллических рудах являются минералы и элементы.
В окисленных зонах месторождений цинксодержащих руд основными кислородсодержащими минералами цинка являются: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO и каламин ZnO·SiO2 ·h3O. Окисленные цинковые руды в настоящее время имеют подчиненное значение.
В сульфидных полиметаллических рудах содержание цинка обычно составляет 1…3 %. Эти руды имеют сложный состав. Все это обусловливает необходимость проведения предварительного обогащения руд по селективной схеме с получением нескольких концентратов.
Цинковые концентраты селективного флотационного обогащения полиметаллических руд содержат, %: Zn – 48…60; Pb – 1,5…2,5; Cu – 1…3; Cd – до 0,25; Fe – 3…10; S – 30…38, пустой породы – до 10.
Цинковые концентраты – комплексное дорогостоящее сырьё. Из них нужно извлекать цинк, свинец, медь, кадмий, серу, золото, серебро, ртуть, галлий, индий, таллий, селен, теллур и др.
Иногда при обогащении труднообогатимых медно-цинковых руд получают промежуточные продукты, содержащие 12…18 % Zn и 4…8 % Cu. Переработка этих материалов затруднена как на цинковых, так и на медных заводах.
Переработку цинковых концентратов в настоящее время осуществляют двумя методами – пирометаллургическим и гидрометаллургическим.
В основе пирометаллургического способа лежит процесс восстановления оксида цинка при 1000…1100 ºС, т. е. при температуре выше точки кипения металлического цинка, что обеспечивает выделение его в момент образования в парообразном состоянии и возгонку в виде паров:
ZnO + C = Znпар + CO; ZnO + CO = Znпар + CO2.
Пары цинка в дальнейшем конденсируют. Получение жидкого цинка дистилляцией возможно только в условиях сильно восстановительной атмосферы и полной герметизации применяемой аппаратуры.
В связи с тем что цинковый концентрат представляет собой сульфидный материал, а восстановление цинка возможно только из его оксида, дистилляции предшествует окислительный обжиг с полным удалением серы.
Возможны несколько вариантов аппаратурного оформления пирометаллургического способа получения цинка: в горизонтальных и вертикальных ретортах, в шахтных и электрических печах. Принцип действия положен в основу получения паров цинка в электротермической части кивцетного агрегата.
Получающийся пирометаллургическим способом цинк обязательно содержит большое количество металлов-примесей, возгоняемых вместе с ним или попадающих в него из выносимой газами пыли. Поэтому дистилляционный цинк, как и всякий черновой металл, нуждается в рафинировании.
Пирометаллургический способ применяют с момента возникновения цинкового производства. Доля выпуска цинка этим способом из года в год сокращается и в настоящее время составляет не более 20 %.
Гидрометаллургический способ является в настоящее время основным. Широкое распространение гидрометаллургии при производстве цинка обусловлено ее значительными преимуществами по сравнению с дистилляцией. К ним относятся:
- извлечение большего количества цинка и сопутствующих элементов;
- большая комплексность использования сырья;
- высокое качество цинка;
- высокая механизация трудоемких процессов.
По этому способу цинк выщелачивают раствором серной кислоты из предварительно обожженного концентрата. При выщелачивании цинк переходит в раствор в виде сернокислого цинка по реакции
ZnO + h3SO4 = ZnSO4 + h3O.
При выщелачивании цинкового огарка в раствор частично переходят содержащиеся в нем компоненты. Качество получаемого электролитическим осаждением цинка зависит от чистоты раствора: чем чище раствор, поступающий на электролиз, тем более чистым получается товарный цинк. Поэтому перед электролизом раствор тщательно очищают от примесей.
Процесс электролитического осаждения цинка из очищенного раствора протекает по следующей суммарной реакции:
ZnSO4 + h3O = Zn + h3SO4 + 0,5O2
Цинк при электролизе осаждается на катоде, а на аноде регенерируется серная кислота, необходимая для выщелачивания свежих порций огарка, и выделяется кислород. Катодные осадки цинка переплавляют и разливают в слитки.
Кек (нерастворенный осадок), получаемый после выщелачивания, подвергают дополнительной переработке с целью доизвлечения из него цинка и других ценных компонентов.
Способы получения цинка
Для извлечения цинка применяют два способа: пирометаллургический (дистилляционный) и гидрометаллургический (электролитный).
Дистилляционный способ
Дистилляция в горизонтальных ретортах
Цинковый концентрат обжигают для превращения сульфидов в окислы, сфалерит окисляется по реакции
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 .
Смесь обожженного цинкового концентрата с мелким антрацитом или коксовой мелочью загружают в реторты из шамота, горизонтально установленные в печи, нагретой до 1400 °С.
В реторте цинк восстанавливается по реакции
ZnO + C = Zn(пар) + CO.
К устью реторты примыкает конденсатор из огнеупорной глины; жидкий цинк из него по мере накопления вычерпывают. Однако в конденсаторе не все пары цинка успевают сконденсироваться, часть их уходит в железную аллонжу, надетую на устье конденсатора. В аллонже цинк улавливается в виде тонкой пыли – пусьеры.
В реторте могут восстанавливаться и другие металлы, содержащиеся в шихте, например кадмий, свинец, медь. Однако только кадмий и свинец испаряются в значительной мере и могут загрязнять цинк.
После окончания дистилляции конденсатор отнимают, а из реторты выгружают спекшийся остаток от дистилляции – раймовку. В раймовке 6–12 % Zn, для его извлечения требуется переработка раймовки другим способом.
Пирометаллургический способ получения цинка в горизонтальных ретортах по сути прост, но малопроизводителен и дает цинк, загрязненный свинцом и кадмием.
Поперечник горизонтальной реторты не может превышать 300–370 мм, а толщина ее стенки 30–50 мм. С увеличением этих размеров значительно ухудшается передача тепла внутрь шихты и скорость дистилляции. Длина реторты не должна превышать 1700–1900 мм, иначе при 1400 °С она не выдержит нагрузки на изгиб.
Реторта указанных размеров вмещает 80–90 кг шихты, содержащей около 30 кг цинка. При продолжительности цикла дистилляции 24 ч и выходе жидкого цинка 80–83 % одна реторта дает не больше 25 кг цинка в сутки. Поэтому на среднем по мощности современном заводе необходимо иметь в действии несколько тысяч реторт. Обслуживаются реторты до сих пор вручную – попытки механизировать эту работу не удались.
Дистилляция в вертикальных ретортах
Реторты удалось укрупнить, а обслуживание их механизировать лишь после того, как реторты поставили в вертикальное положение и сделали их из карборунда.
Карборунд – карбид кремния, химическая формула его SiC, температура плавления выше 2700 °С. Для изготовления огнеупорных изделий порошкообразный карборунд смешивают с 6–12 % огнеупорной глины. Смесь увлажняют и прессуют в формах, затем высушивают и обжигают при 1400–1600 °С. Полученные таким образом огнеупорные изделия сохраняют механическую прочность до 2000 °С, они химически нейтральны и в 3–4 раза более теплопроводны, чем шамот.
Вертикальная реторта представляет собой прямоугольную в сечении шахту, собранную из карборундовых плит или выложенную из карборундового кирпича.
Генераторный газ, обогревающий реторту, сжигают в камерах по обеим ее сторонам. Высота обогреваемой части около 7,5 м. Шихту загружают сверху в виде брикетов, из нижней части реторты непрерывно выгружают раймовку, сохраняющую в основном первоначальную форму брикетов. Для загрузки шихты и отвода паров цинка над ретортой делают камеру из огнеупорного кирпича. Нижняя часть реторты заканчивается железным коробом с водяным затвором.
Шихту готовят из обожженного цинкового концентрата, антрацита, коксующегося угля и связующего вещества. После тщательного перемешивания шихту пропускают через брикетный пресс. Далее брикеты нагревают до 750–900 °С; каменный уголь и смола при этом коксуются, упрочняя брикеты и придавая им необходимую пористость.
Дистилляция в вертикальных ретортах по химизму не отличается от обычной – в горизонтальных ретортах. Теплопроводность карборундовых стенок и брикетированной шихты выше, чем при обычной дистилляции, поэтому цинк отгоняется полнее, содержание его в раймовке обычно не менее 3–5 %.
Конденсатор выложен из огнеупорного кирпича, внутри он имеет перегородки, удлиняющие путь движения газов.
Газы, выходящие из конденсатора, направляют в скруббер (высокая башня с решетчатой насадкой внутри), где остатки цинка улавливают в виде тонкой пыли. Очищенные газы сжигают в топочном пространстве реторты; в результате этого удается сэкономить до 20 % топлива.
Продолжительность службы реторты 3–5 лет, производительность ее 4–7 т цинка в сутки, или до 90 кг на 1 м 2 теплопередающей стенки в сутки.
Сравнение некоторых показателей дистилляции цинка в горизонтальных и вертикальных ретортах приведены в табл. 9.
Дистилляция в электропечах
Один из недостатков вертикальных реторт заключается в необходимости передачи тепла через стенки, которые поэтому имеют более высокую температуру, чем шихта, и быстро изнашиваются. В связи с этим возникла идея нагревания шихты электрическим током, пропускаемым через нее, что привело к развитию электротермии цинка.
Электротермическим способом цинк получают в высоких шахтных печах (12–14 м), сложенных из высокосортного огнеупорного кирпича. Шихта состоит из спека обожженного концентрата и кокса. Ток проводится графитовыми электродами, установленными на расстоянии 8–10 м один от другого по высоте, и протекает через кокс. Между кусками кокса возникают многочисленные электрические дуги, нагревающие шихту в среднем до 1200 °С. Раймовку выгружают непрерывно, она содержит 15–16 % Zn. Пары цинка конденсируют в металл либо сжигают до окиси, которая и является конечным продуктом. Помимо цинка в раймовке всегда остаются свинец, медь и благородные металлы, поэтому она требует дополнительной переработки.
По другому способу дистилляцию в электропечах проводят при полном расплавлении шихты. Обожженный концентрат плавят в смеси с углем и флюсами при 1300–1350 °С, получая жидкий шлак, служащий телом нагрева; в него погружены сверху графитовые электроды.
При высокой температуре ванны еще до начала плавления шихты из нее восстанавливаются не только окислы меди и цинка, но и железо. Железо, растворяя в себе углерод и медь, образует на подине слой медистого чугуна. Общее извлечение цинка в газы достигает 95 %, но только 4/5 его удается получить в виде металла, остальной переходит в пыль и окислы.
Расход энергии здесь выше, чем при дистилляции из твердой шихты, он достигает 3300 кВт·ч на тонну цинка вместо 2550–2900 кВт·ч по первому способу. Преимущества дистилляции с расплавлением шихты – в меньших требованиях к качеству сырья и большей комплексности его использования.
В связи с развитием электротермии цинка были разработаны конструкции конденсаторов, позволяющих получить основную массу цинка в виде металла даже из довольно бедных газов. Для этого газы просасываются через ванну расплавленного цинка или в конденсаторе вращающимися мешалками разбрызгивается жидкий цинк.
Большая поверхность жидкого металла способствует конденсации паров, даже значительно разбавленных газами.
Дистилляция цинка в шахтных печах
При обычной восстановительной плавке до 4/5 цинка остается в шлаке и штейне, остальной теряется с газами. В нижней части шахтной печи цинк интенсивно восстанавливается по реакциям:
ZnO + C = Zn + CO;ZnO + CO = Zn + CO2.
Пары металла, поднимаясь с газами по шахте, вновь окисляются до окиси, оседающей на кусках шихты: с понижением температуры вторая из реакций быстро протекает в обратном направлении справа налево.
В Англии на заводе Эвонмаут были найдены условия плавки, позволяющие получить цинк в виде металла. Шихту и кокс перед загрузкой в печь подогревают до 800 °С, а воздушное дутье – до 600 °С. Плавку ведут с повышенным расходом кокса. В результате этого в газы переходит до 90 % цинка и он не окисляется: температура колошниковых газов поддерживается на уровне 1000 °С также и в результате сжигания части оборотного конденсаторного газа. Горячие газы поступают в большие конденсаторы, где резко охлаждаются. Чтобы предупредить конденсацию цинка в виде пыли, в конденсаторах интенсивно разбрызгивают жидкий свинец установленными для этого вращающимися мешалками. Конденсируясь на мелких каплях свинца, цинк образует с ним сплав, который непрерывно перекачивают насосами в разделительную ванну. Охлаждаясь здесь, сплав разделяется на два слоя: в нижнем 2,02 % Zn, остальное свинец, а в верхнем около 99,5 % Zn. Нижний слой возвращают в конденсаторы, а верхний на рафинирование.
Для получения 1 т цинка требуется разбрызгивание в конденсаторах около 400 т свинца. При нормальном режиме работы до 9/10 цинка получают из газов в виде жидкого металла и только 1/10 – в порошке и окислах; последние возвращают в шихту. В шлаках шахтной плавки содержится 0,5 % Pb и до 5 % Zn.
Рафинирование чернового цинка
В цинке, получаемом дистилляцией, обычно содержатся примеси в следующих пределах: 1–3 % Pb; 0,03–0,5 % Cd; 0,05–0,3 % Fe; 0,05–0,1 % Cu; 0,0003–0,05 % As.
Наиболее простое и дешевое рафинирование цинка ликвацией основано на снижении растворимости примесей при охлаждении металла до 430–450 °С. После отстаивания в течение 24–36 ч жидкий черновой цинк разделяется на три слоя: нижний содержит до 96 % Pb, средний, состоящий из твердых кристаллов FeZn 7 , включает основное количество примеси железа, а верхний по составу пригоден для многих потребителей – в нем остается до 1 % Pb и 0,03–0,04 % Fe.
Ликвацию проводят в отражательных печах емкостью до 150 т. На поверхности ванны от окисления цинка печными газами образуются порошкообразные съемы, возвращаемые на дистилляцию. Черновой цинк периодически загружают в ванну и сливают из нее верхний отстой. Отходы удаляют периодически. Свинцовый сплав пригоден для рафинирования свинца от благородных металлов, а железистый продукт возвращают на дистилляцию. Кадмий этим способом не удаляется, а остается в цинке и теряется.
Другой способ рафинирования – ректификация – позволяет получить цинк чистотой 99,996 % и извлечь из него кадмий.
Гидрометаллургия цинка
Для гидрометаллургической переработки цинковые концентраты тоже обжигают, а затем выщелачивают разбавленной серной кислотой.
Цинк переходит в раствор по реакции
ZnO + h3SO4 = ZnSO4 + h3O.
Кремнезем и основная масса окислов железа остаются в нерастворимом остатке.
Полученный раствор сернокислого цинка очищают от примесей и подвергают электролизу. При этом на катодах осаждается чистый цинк, на анодах выделяется кислород, а в растворе накапливается серная кислота, снова пригодная для выщелачивания обожженного концентрата.
Количество серной кислоты должно соответствовать расходу ее на выщелачивание огарка. Этот баланс регулируют условиями обжига, оставляя часть серы в виде ZnSO4 в огарке, не требующего затрат кислоты при выщелачивании и во время электролиза, образующего ее.
Реакции электролиза можно показать следующей краткой схемой:
на катоде 2Zn2+ + 4e = 2Zn,на аноде 2h3О – 4e = O2 + 4H+ .
metallurgy.zp.ua
Цинк сернокислый: особенности использования
Повысить урожайность можно, если использовать цинк сернокислый. Это универсальное удобрение, которое подходит для цветочных, ягодных, овощных и плодовых культур. Цинк необходим растениям для роста и развития. Незаменимым он будет и в период плодоношения.
Для чего нужен цинк растениям?
Потребность в полезных микроэлементах у разных видов культур отличается. Но проявления дефицита у них схожи. При недостатке цинка у растений будут мелкие листы. Плоды на них формируются редко, они будут неправильной формы.
Для достаточного поступления цинка в растения в почве этот микроэлемент должен находиться в концентрации от 0,5 до 0,25 мг/кг. При этом в растительные культуры он может проникнуть из водорастворимых форм. А вот на известковых почвах он практически не растворяется. Из-за этого снижается уровень его поступления в растения. Ухудшается доступность цинка и в тех случаях, когда в почву вносятся фосфатные удобрения.
Наиболее ярко нехватка данного микроэлемента видна на яблонях, винограде, грушах. Также она заметна по внешнему виду цитрусовых, зерновых и некоторых видов овощных культур. Изменить ситуацию можно, если использовать сернокислый цинк. Применение данного удобрения должно проводиться по установленным нормам. Только так можно улучшить состояние культур и повысить их урожайность.
Правила использования удобрений
Для оздоровления зерновых, плодовых, овощных и цветочных культур опытные фермеры советуют использовать цинк сернокислый. Раствор данного элемента наносится непосредственно на растения. По возможности необходимо стараться опрыскивать как верхнюю, так и нижнюю часть листьев. Это будет способствовать улучшенному усвоению микроэлементов.
Для опрыскивания необходимо приготовить раствор. Для обработки ягодных, плодовых культур и цветов достаточно развести 3 г сернокислого цинка в 10 л воды. Насытить капусту и огурцы можно, если смешать 5 г удобрения в том же количестве воды. А вот для обработки томатов и различных корнеплодов понадобится 10 г цинка сернокислого.
Опрыскивание проводится лишь в безветренную и сухую погоду. Обработку лучше проводить в вечерние или утренние часы, избегая палящих солнечных лучей.
Цинк сернокислый можно вносить и в почву. Делается это из расчета, что на 1 кв. м земли должно поступить 1 г цинка сернокислого.
Внешние признаки нехватки микроэлемента
Сульфат цинка является отличным антисептиком. Это кристаллическое бесцветное вещество, плотность которого составляет 3,74 г/см3. Цинк сернокислый получается путем растворения в серной кислоте элементов, в состав которых входит данный металл. Полученные нежелательные примеси удаляют с помощью особой очистки.
При нехватке цинка плодовые деревья поражаются розеточным заболеванием. На концах ветвей видны мелкие хлоротичные листья. Они образуют розетку. Рост корней при этом становится слабым. Если недостаток цинка слишком велик, то проблемные пораженные ветки начнут отмирать.
Виден недостаток цинка и на кукурузе. Новые листья у нее будут светло-желтыми или белыми. На старых образуются желтые полосы. Урожайность такой кукурузы будет низкой.
Обработка семян
Получить лучшие урожаи можно, если заранее подготовится к высадке растений. Например, предпосевная обработка семян кукурузы проводится следующим образом: их опудривают специальной смесью, состоящей из 42 г сернокислого цинка и 150 г талька. Этого количества достаточно для обработки 1 центнера посевного материала.
Предпосевная обработка семян других растений может проводиться иначе. Многие рекомендуют их замачивать в воде, в которой растворены различные микроэлементы, в том числе и цинк сернокислый. Но помещать семена в растворы с удобрениями можно не более чем на сутки.
fb.ru
