Применение цинка и цинкосодержащего покрытия в строительстве

Получение цинка

Цинка не бывает в природе в свободном состоянии. Его получают их прочих добываемых руд. Главные соединения, в которых содержится цинк:

• полиметаллические сульфидные руды
• минералы, больше всего в сфалерите.

Вместе с цинком в смешанных рудах присутствуют небольшие количества таллия, кадмия, германия, галлия. Цинк перерабатывается на специальных заводах. Каждое из предприятий характеризуется своими специальными технологиями получения. Для того, чтобы выделить цинк, необходимо обогатить руду при помощи флотационного или гравитационного способа. В результате обогащения образуется цинковый концентрат, а также побочные вещества, такие как медный или пиритный концентрат. После этого следует печной обжиг цинкового концентрата, вследствие которого получается оксид цинка. На этом этапе происходит разделение процесса. Полученный сернистый газ передается на создание сернистой кислоты, а цинку предстоит еще один этап очистки. Существует два метода получения цинка на этом этапе:

• дистилляция (пирометаллургия). Специалисты проводят обжиг концентрата, спекают и восстанавливают при помощи угля или кокса. Далее металлические пары подвергают конденсированию и переливают в изложницы
• электролиз (гидрометаллургия). В этом методе, по окончанию обжига концентрат обрабатывают серной кислотой. Получившийся раствор очищают от ненужных примесей при помощи электролиза.

Физико-химические характеристики

На воздухе блестящий металл покрывается пленкой-оксидом. Из-за такого химического свойства выглядит тусклым.

Взаимодействие с металлами начинается при 450°С.

Главный минус металла: увеличение хрупкости в разы от малой толики примесей.

Сгибая цинковую пластинку, можно услышать треск. Его порождает структура решетки.

Месторождения цинка

Залежи цинковой руды встречаются почти во всех государствах. Активная добыча цинка ведется в 50 из них. Лидирующие позиции по разработке месторождений занимают: Китай, Австралия, Перу, Европа и Канада. В руде цинк содержится вместе другими металлами. Встречаются медные, золотые и серебряные примеси. Самые крупные месторождения сфалерита (ZnS). Он имеется в 98% руд, которые сегодня разрабатывают. Цинковые руды, залегают довольно близко к поверхности земли, чаще всего это оксиды и карбонаты. Геологически доказанные запасы цинка на нашей планете достигают примерно 1900 млн. тонн, запасы (найденные и доступные для разработки) – почти 250 млн. тонн. Самые масштабные залежи цинковой руды расположены на территории Австралии. Там они занимают более 22% от общего количества. В Китае находится примерно 17%.

В нашей стране месторождения цинка достигают 62 млн.т., или чуть больше 3% мирового запаса. Примерно 80% цинковых месторождений расположены под землей, 8% находятся на поверхности, и еще 12% являются комбинированными. Но, по объемам производства:

• в карьерах добывают 15%
• в подземных шахтах 64%
• комбинированные запасы дают 21%.

Использование в строительстве

На протяжении долгих лет цинк используется в строительстве для защиты железа от коррозии. Эта процедура получила название «оцинкование».

Роль оцинкования

Процессам коррозии подвержен практически весь строительный фонд. Если говорить в цифрах, то это примерно 75%. Зная это, конструкторы уже на этапе проектирования закладывают процедуру оцинковки или закупку уже готовых оцинкованных изделий.

К этому шагу производители пришли не сразу. Повышенные требования к качеству возникли после ряда обрушений строительных сооружений, причиной которых были некачественные крепежные изделия. Борьба с коррозий металлических конструкция давно стала вопросом государственной важности.

Сейчас количество выпускаемых оцинкованных изделий растет с каждым годом. При этом на каждый вид изделия есть ГОСты, ОСты или технические условия, в которых обязательно регламентируется оцинковка конкретных элементов.

Так, например, обязательной оцинковке подлежат линии электропередач и дорожные ограждения.

На сегодняшний день ассортимент оцинкованных изделий порадует любого покупателя и производителя.

Технологии оцинкования

Существует несколько способов использования цинка на поверхности металла. И далее мы погорим о технологиях и методах оцинкования металлоконструкций, труб, метизов, деталей, профнастила и других изделий.

Горячий способ

Это наиболее популярный способ оцинкования. Он с успехом применяется во многих странах. В результате его использования изделие получает высокое качество и отличные эксплуатационные характеристики. Пятьдесят процентов стали подвергается оцинкованию в виде листового проката, примерно сорок процентов приходится на долю готовых изделия, а остальные десять процентов идет на оцинковку труб и проволоки.

Суть горячего способа заключается в следующем: очищенное стальное изделие погружают в цинк, который представлен в виде расплавленного вещества. Между металлом и цинком происходит связь, которая приводит к формированию нескольких слоев. На характеристики покрытия (толщину и структуру) влияет состав расплавленного вещества.

У горячего способа цинкования металлов есть свои недостатки.

• В частности, способ экологически небезопасен, так как в нем используется много химических составляющих.
• Второй недостаток: процесс обработки требует постоянного поддержания высокой температуры, а это в свою очередь свидетельствует о больших энергозатратах.

Горячим способом чаще всего обрабатывается стальная сетка, элементы строительных конструкция огромных размеров, а так же кровельные покрытия.

Про горячее цинкование расскажет это видео:

Гальванический способ

Способ применяется при необходимости достижения высокой гладкости поверхности. В результате электрохимического воздействия происходит фиксация цинка на поверхности. Здесь металл и цинк плотно сливаются друг с другом.

Суть гальванического способа состоит в следующем: металлическое изделие погружают в ванну с раствором электролита. Изделие подводят к источнику тока. В результате электролиза цинк ровно ложится на деталь. Такой способ обработки подходит для всех видов металла. В результате изделие получается очень блестящим. При этом блеск равномерно распределяется по всему объему.

На качество покрытия существенно влияет частота изделия. На нем не должно быть мелкого мусора и различных пленок, в противном случае оцинкование будет некачественным. За чистотой поверхности очень трудно уследить при производстве больших объемов. К положительным сторонам этого способа обработки относится идеально блестящая и ровная поверхность.

• К отрицательной стороне: большое количество отходов, которые образуются на этапе очистки. Полученные отходы наносят сильный вред окружающей среде.
• Ко второй отрицательной стороне относится обязательное наличие дорогостоящего оборудования, без которого гальванический способ обработки произвести нельзя.

Термодиффузионный способ

Этот способ применяется при необходимости получения толщины слоя в 20 мкм. Термодиффузионный способ очень схож с горячим цинкованием. Только здесь обработанное изделие помещают в печь барабанного тира.

За счет вращательного движения на изделие наносится оцинкованный слой. На выполнения одного полного цикла нанесения слоя требуется примерно три часа. Термодиффузионный способ в основном применяют для мелких метизов, таких как шурупы и шайбы. Так же этот способ применяется для сложных по форме деталей, для элементов с глухими отверстиями и для изделий с резьбой.

К самому эффективному способу обработки изделий относят термодиффузионное окрашивание. Способ обработки решает вопрос не только поверхностной коррозии, но внутренней. Термодиффузионный способ применяется для защиты арматуры в легких бетонов и железобетонных перекрытиях. Его используют для труб водоснабжения (как холодного, так и горячего).

Холодный способ

Этот вид обработки давно широко применяется. В результате холодной обработки изделие окрашивается цинкосодержащими веществами. Обработка изделий таким способом не требует от исполнителя профессиональных навыков. Так же не требуется дорогостоящего оборудования.

Но есть один минус этой обработки. Готовые оцинкованные изделия могут быть подвержены механическому влиянию. Холодное оцинкование часто применяют для оцинкования труб.

Процесс холодного цинкования рассмотрен в этом видеоролике:

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.

История

В древнем мире знали латунь (медно-цинковый сплав). Получить цинк как металл удалось к XVIII веку англичанину Вильяму Чемпиону. Он же основал первый завод. Позже его соотечественники разработали способ прокатки металла.

Однако первооткрывателем в историю вошел немец Андреас Маргграф. Он отработал схожий метод, детально прописав технологию.

В России пробную партию цинка получили к 1905 году.

Через десять лет в Северной Америке цинк добыли электролитическим способом.

Термины zincum, zinken первым применил химик и лекарь Средневековья Парацельс. Оно созвучно немецкому слову «зубец». Так выглядят фрагменты металлического цинка.

Цинковые рудники

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