鋅(Zinc)是一種化學(xué)元素,它的化學(xué)符號是Zn,它的原子序數(shù)是30,在化學(xué)元素周期表中位于第4周期、第ⅡB族。鋅是一種淺灰色的過渡金屬,也是第四"常見"的金屬。在現(xiàn)代工業(yè)中,鋅是電池制造上不可替代、相當(dāng)重要的金屬。此外,鋅也是人體必需的微量元素之一,起著極其重要的作用。
鋅,它的名稱“zinc”來源于拉丁文Zincum,意思是“白色薄層”或“白色沉積物”?;瘜W(xué)符號是Zn,它的原子序數(shù)是30,原子量為65.38。鋅是一種銀白色略帶淡藍(lán)色金屬,密度為7.14g/cm3,熔點為419.5℃。在室溫下,性較脆;100~150℃時,變軟;超過200℃后,又變干。鋅的化學(xué)性質(zhì)活潑,在常溫下的空氣中,表面生成一層薄而致密的堿式碳酸鋅膜,可阻止進(jìn)一步氧化。當(dāng)溫度達(dá)到225℃后,鋅劇烈氧化。
鋅在空氣中很難燃燒,在氧氣中發(fā)出強(qiáng)烈白光。鋅表面有一層氧化鋅,燃燒時冒出白煙,白色煙霧的主要成分是氧化鋅,不僅阻隔鋅燃燒,會折射焰色形成慘白光芒。鋅易溶于酸,也易從溶液中置換金、銀、銅等。鋅的氧化膜熔點高,但金屬鋅熔點卻很低,所以在酒精燈上加熱鋅片,鋅片熔化變軟,卻不落下,正是因為氧化膜的作用。鋅主要用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、電氣、化工、輕工、軍事和醫(yī)藥等領(lǐng)域。
管制信息:鋅粉別名鋅粒、高純鋅、無砷鋅等屬于易制爆物品,根據(jù)《危險化學(xué)品安全管理條例》受公安部門管制。
《集韻》祖似切,音子。剛也。《玉篇》同釨。
相對原子量65.38(初中階段一般取65)
鋅是一種藍(lán)白色金屬。當(dāng)溫度達(dá)到225℃后,鋅氧化激烈。鋅易溶于酸,也易從溶液中置換金、銀、銅等。鋅在自然界中,多以硫化物狀態(tài)存在。主要含鋅礦物是閃鋅礦。也有少量氧化礦,如菱鋅礦,如菱鋅礦和異極礦。
原子半徑(計算值):135(142)pm
共價半徑:131pm
范德華半徑:139pm
電子層:K-L-M-N
原子核外電子排布:2,8,18,2
電子排布式:[Ar]3d10 4s2
核電荷數(shù):30
含量(ppm)
元素在太陽中的含量:2
元素在海水中的含量:0.00005(微量元素)
地殼中含量:75(微量元素)
主氧化態(tài): 2
其它: 1
電離能(單位:kj/mol)
M - M 906.4
M - M2 1733.3
M2 - M3 3832.6
M3 - M4 5730
M4 - M5 7970
M5 - M6 10400
M6 - M7 12900
M7 - M8 16800
M8 - M9 19600
M9 - M10 23000
晶體結(jié)構(gòu):密排六方體
a = 266.49 pm
b = 266.49 pm
c = 494.68 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°同位素
同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量MeV 衰變產(chǎn)物
64Zn 48.60% 穩(wěn)定
65Zn 人造 244.26天 電子捕獲 1.352 65Cu
66Zn 27.90% 穩(wěn)定
67Zn 4.10% 穩(wěn)定
68Zn 18.80% 穩(wěn)定
72Zn 人造 46.5小時 β衰變 0.458 72Ga
常見的含有鋅的合金:馬口鐵——鍍錫薄鋼板;黃銅——鋅和銅的合金,早被古人利用。黃銅的生產(chǎn)可能是冶金學(xué)上最早的偶然發(fā)現(xiàn)之一。
體積:9.16×10-6 m3/mol
聲速:3700m/s(293.15K)
電負(fù)性:1.65(鮑林標(biāo)度)
比熱容:390J/(kg·K)
電導(dǎo)率:16.6×106/(m·Ω)
熱導(dǎo)率:116W/(m·K)
莫氏硬度:2.5
汽化熱:115.3kJ/mol
熔化熱:7.322kJ/mol
蒸氣壓:192.2Pa(692.73K)
鋅的化學(xué)性質(zhì)與鋁相似,所以,通??梢杂射X的性質(zhì),推斷鋅的化學(xué)性質(zhì)(兩性)。
①單質(zhì)鋅,即可與酸反應(yīng),又可與堿反應(yīng)。
②氧化鋅和氫氧化鋅,既可溶于酸,又可溶于堿。
單質(zhì)鋅
氫氧化鋅
氯化鋅
硫化鋅
硝酸鋅
鋅的配合物
鋅被羅馬人所知,但很少使用。它第一次以其金屬自身被認(rèn)可是在印度,在拉賈斯坦邦的Zawar有一個鋅熔爐有大量的鋅,證明了大規(guī)模的精煉在1100年到1500年。
鋅的大規(guī)模精煉在中國進(jìn)行,于16世紀(jì)。東印度公司的船在瑞典的海岸沉沒,于1745年,其運(yùn)載的貨物是中國的鋅,分析了回收的鑄錠證明了它們是幾乎純凈的金屬。
在1668年,佛蘭德的冶金家P.Moras de Respour,從氧化鋅中提取了金屬鋅,但歐洲認(rèn)為鋅是由德國化學(xué)家Andreas Marggraf在1746年發(fā)現(xiàn)的,而且的確是他第一個確認(rèn)了其是一種新的金屬。
鋅也是人類自遠(yuǎn)古時就知道其化合物的元素之一。鋅礦石和銅熔化制得合金——黃銅,早為古代人們所利用。但金屬狀鋅的獲得比銅、鐵、錫、鉛要晚得多,一般認(rèn)為這是由于碳和鋅礦共熱時,溫度很快高達(dá)1000℃以上,而金屬鋅的沸點是906℃,故鋅即成為蒸氣狀態(tài),隨煙散失,不易為古代人們所察覺,只有當(dāng)人們掌握了冷凝氣體的方法后,單質(zhì)鋅才有可能被取得。
世界上最早發(fā)現(xiàn)并使用鋅的是中國,在10~11世紀(jì)中國是首先大規(guī)模生產(chǎn)鋅的國家。明朝末年宋應(yīng)星所著的《天工開物》一書中有世界上最早的關(guān)于煉鋅技術(shù)的記載。1750~1850年人們已開始用氧化鋅和硫化鋅來治病。
1869年Raulin發(fā)現(xiàn)鋅存在于生活機(jī)體中,并為生活機(jī)體所必需。1963年報告了人體的鋅缺乏病,于是鋅開始列為人體必需營養(yǎng)素。鋅的生產(chǎn)過程非常簡單,將爐甘石(即菱鋅礦石)裝滿在陶罐內(nèi)密封,堆成錐形,罐與罐之間的空隙用木炭填充,將罐打破,就可以得到提取出來的金屬鋅錠。
另外,我國化學(xué)史和分析化學(xué)研究的開拓者王鏈(1888—1966)在1956年分析了唐、隋、明、清等古錢后,發(fā)現(xiàn)宋朝的紹圣錢中含鋅量高。鋅的實際應(yīng)用可能比《天工開物》成書年代還早。
鋅的單一鋅礦較少,鋅礦資源主要是鉛鋅礦。中國銅鋅礦資源比較豐富,全國除上海、天津、香港外,均有鉛鋅礦產(chǎn)出。產(chǎn)地有700多處,保有鉛總儲量3572萬噸,居世界第4位;鋅儲量9384萬噸,居世界第4位。從省際比較來看,云南鉛儲量占全國總儲量17%,位居全國榜首。廣東、內(nèi)蒙古、甘肅、江西、湖南、四川次之,探明儲量均在200萬噸以上。全國鋅儲量以云南為最,占全國21.8%;內(nèi)蒙古次之,占13.5%;其他如甘肅、廣東、廣西、湖南等省(區(qū))的鋅礦資源也較豐富,均在600萬噸以上。鉛鋅礦主要分布在滇西蘭坪地區(qū)、滇川地區(qū)、南嶺地區(qū)、秦嶺-祁連山地區(qū)以及內(nèi)蒙古狼山-渣爾泰地區(qū)。從礦床類型來看,有與花崗巖有關(guān)的花崗巖型(廣東連平)、夕卡巖型(湖南水口山)、斑巖型(云南姚安)礦床,有與海相火山有關(guān)的礦床(青海錫鐵山),有產(chǎn)于陸相火山巖中的礦床(江西冷水坑和浙江五部鉛鋅礦),有產(chǎn)于海相碳酸鹽(廣東凡口)、泥巖-碎屑巖系中的鉛鋅礦(甘肅西成鉛鋅礦),有產(chǎn)于海相或陸相砂巖和礫巖中的鉛鋅礦(云南金頂)等。鉛鋅礦成礦時代從太古宙到新生代皆有,以古生代鉛鋅礦資源力量豐富。
金融危機(jī)之后各國紛紛推出救市計劃,各大央行也陸續(xù)釋放流動性,美國持續(xù)量寬、中國推出四萬億以促使經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,充裕的流動性使得金融屬性占據(jù)主要地位推升2010年鋅價不斷走高?!?013-2017年中國鋅行業(yè)競爭態(tài)勢及投資發(fā)展預(yù)測報告》,全球經(jīng)濟(jì)趨于穩(wěn)定,美國緩慢復(fù)蘇,市場上關(guān)于QE3退出的預(yù)期逐漸增強(qiáng),倘若美國經(jīng)濟(jì)政策發(fā)生改變,美元將會走強(qiáng),鋅價受其影響較大。但同時值得注意的是,經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇也在一定程度上帶來需求恢復(fù),兩種屬性的博弈將共同決定鋅價未來走勢。
美國金融危機(jī)后通過持續(xù)寬松的貨幣政策促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和就業(yè)增長,盡管貨幣寬松政策的邊際效用遞減,但可以看到的是,美國GDP增速的低速增長和就業(yè)市場的緩慢好轉(zhuǎn)表明,美國經(jīng)濟(jì)正在弱勢復(fù)蘇。美國經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇以及房地產(chǎn)市場的回暖帶動對鋅的需求上升,但這種弱勢復(fù)蘇態(tài)勢仍比較脆弱,對鋅需求帶動也有限。
等級 Zn(%) Cu(%) Pb(%) Fe(%)
1 ≥55 ≤0.8 ≤1.0 ≤6.0
2 ≥53 ≤0.8 ≤1.0 ≤6.0
3 ≥50 ≤1.0 ≤1.5 ≤8.0
4 ≥48 ≤1.0 ≤1.5 ≤12.0
5 ≥45 ≤1.5 ≤2.0 ≤12.0
6 ≥43 ≤1.5 ≤2.0 ≤12.0
7 ≥2.0 ≤2.5 ≤14.0
8 ≥40 ≤2.0 ≤2.8 ≤18.0
世界上鋅的全部消費中大約有一半用于鍍鋅,約10%用于黃銅和青銅,不到10%用于鋅基合金,約7.5%用于化學(xué)制品,約13%用于制造干電池,以鋅餅、鋅板形式出現(xiàn)。國際鉛鋅研究組預(yù)測,2004年全球鋅消費量會比2003年的985萬t增長4.8%,2005年將再增長4.3%,預(yù)計2005年中國將占世界鋅消費總量的四分之一,它的消費增長的部分原因是鍍鋅鋼用量的增長。相比之下,美國可能只占全球鋅需求的十分之一。
(1)鍍鋅有優(yōu)良的抗大氣腐蝕性能,在常溫下表面易生成一層保護(hù)膜,因此鋅最大的用途是用于鍍鋅工業(yè)。被主要用于鋼材和鋼結(jié)構(gòu)件的表面鍍層(如鍍鋅板),廣泛用于汽車、建筑、船舶、輕工等行業(yè)。21世紀(jì)后西方國家開始嘗試直接用鋅合金板做屋頂覆蓋材料,其使用年限可長達(dá)120-140年,而且可回收再用,而用鍍鋅鐵板作屋頂材料的使用壽命一般為5-10年。21世紀(jì)后,鋼帶熱浸鍍鋅量有顯著增長。電鍍鋅也有使用,但該法一般用于較薄的鍍層和不同的表面光潔度。使用含鋅粉的涂料是涂層的另一種方法;對于與水連續(xù)接觸的物體,如用于船舶、橋梁和近海油氣井架的大的鋼構(gòu)件,只須和大的鋅塊連接,便可得到保護(hù),不過鋅塊要定期更換。
(2)鋅合金用于汽車制造和機(jī)械行業(yè)。鋅具有適用的機(jī)械性能。鋅本身的強(qiáng)度和硬度不高,但加入鋁、銅等合金元素后,其強(qiáng)度和硬度均大為提高,猶其是鋅銅鈦合金的出現(xiàn),其綜合機(jī)械性能已接近或達(dá)到鋁合金、黃銅、灰鑄鐵的水平,其抗蠕變性能也大幅度被提高。因此,鋅銅鈦合金已被廣泛應(yīng)用于小五金生產(chǎn)中。主要為壓鑄件,用于汽車、建筑、部分電氣設(shè)備、家用電器、玩具等的零部件生產(chǎn)。許多鋅合金的加工性能都比較優(yōu)良,道次加工率可達(dá)60%-80%。中壓性能優(yōu)越,可進(jìn)行深拉延,并具有自潤滑性,延長了模具壽命,可用釬焊或電阻焊或電弧焊(需在氦氣中)進(jìn)行焊接,表面可進(jìn)行電鍍、涂漆處理,切削加工性能良好。在一定條件下具有優(yōu)越性。一般用于機(jī)械制造業(yè)。含少量鉛鎘等元素的鋅板可制成鋅錳干電池負(fù)極、印花鋅板、有粉腐蝕照相制板和膠印印刷板等。
(3)鋅可以用來制作電池。例如:鋅錳電池以及鋅空氣蓄電池。
鋅錳電池:鋅作為負(fù)極活性物質(zhì),兼作電池的容器和負(fù)極引電體,是決定電池貯存性能的主要材料。在鋅片中含有少量的鎘和鉛。鎘能增強(qiáng)鋅的強(qiáng)度,鉛能改進(jìn)鋅的延展加工性能。鎘與鉛均能提高氫在鋅電極上的過電位,減少鋅電極的自放電,減緩鋅片的腐蝕和氫氣的釋放。鋅片中若含有Cu、Fe、Ni等,將降低H2在鋅電極上析出的過電位,加速電池在貯存過程中的自放電,因此這些有害雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制。
鋅空氣蓄電池:鋅空氣電池又稱鋅氧電池,是金屬空氣電池的一種。鋅空氣電池比能理論值是1350W·h/kg,最新的電池比能量已達(dá)到了230Wh/kg,幾乎是鉛酸電池的8倍??梢婁\空氣電池的發(fā)展空間非常大。鋅空氣電池一般采取抽換鋅電極的辦法進(jìn)行“機(jī)械式充電”。更換電極的時間在幾分鐘即可完成。換上新的鋅電極,“充電”時間極短,非常方便。如此種電池得到發(fā)展,省去了充電站等社會保障設(shè)施的興建。鋅電極可在超市、電池經(jīng)營點、汽配商店等購買,對普及此電池電動車十分有利。這種電池具有體積小,電荷容量大,質(zhì)量小,能在寬廣的溫度范圍內(nèi)正常工作,且無腐蝕,工作安全可靠。只是鋅電極在電解還原過程中,比較耗能,每噸氧化鋅還原成鋅需要消耗2500度電,所以用在電動汽車上,成本較高。試驗電池的電荷容量僅是鉛酸電池的5倍,不甚理想。但5倍于鉛酸電池的電荷量已引起了世人的關(guān)注,美國、墨西哥,新加坡及一些歐洲國家都已在郵政車、公共汽車、摩托車上進(jìn)行試用,也是一極有前途的電動車用電池。
此外,鋅具有良好的抗電磁場性能。鋅的導(dǎo)電率是標(biāo)準(zhǔn)電工銅的29%,鋅板是一種非常有效的屏蔽材料,同時由于鋅是非磁性的,適合做儀器儀表零件的材料及儀表殼體及錢幣,同時,鋅自身及與其他金屬碰撞不會發(fā)生火花,適合作井下防爆器材。廣泛用于橡膠、涂料、搪瓷、醫(yī)藥、印刷、纖維等工業(yè)。鋅具有適宜的化學(xué)性能。鋅可與NH4CI發(fā)生作用,放出H 正離子。鋅-二氧化錳電池正是利用鋅的這個特點,用鋅合金做電池的外殼,既是電池電解質(zhì)的容器,又參加電池反應(yīng)構(gòu)成電池的陽極。它的這一性能也被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)。鋅與酸或強(qiáng)堿都能發(fā)生反應(yīng),放出氫氣。鋅肥(硫酸鋅、氯化鋅)有促進(jìn)植物細(xì)胞呼吸、碳水化合物的代謝等作用。鋅粉、鋅鋇白、鋅鉻黃可作顏料。氧化鋅還可用于醫(yī)藥、橡膠、油漆等工業(yè)。
中國鉛鋅業(yè)生產(chǎn)布局,依據(jù)鉛鋅礦產(chǎn)地的分布和建設(shè)條件,經(jīng)40多年來的發(fā)展、建設(shè),現(xiàn)已形成東北、湖南、兩廣、滇川、西北等五大鉛鋅采選冶和加工配套的生產(chǎn)基地,其鉛產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的85%以上,鋅產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的95%。
1.東北鉛鋅生產(chǎn)基地。東北地區(qū)是我國開發(fā)較早的鉛鋅生產(chǎn)基地之一。早在50年代初期,其鉛產(chǎn)量占全國鉛產(chǎn)量的80%以上,在中國鉛鋅生產(chǎn)居于重要地位。東北基地以七礦兩廠為主,即青城子鉛鋅礦、八家子鉛鋅礦、柴河鉛鋅礦(現(xiàn)已閉坑)、桓仁銅鋅礦、紅透山銅鋅礦、西林鉛鋅礦、天寶山鉛鋅礦和沈陽冶煉廠、葫蘆島鋅廠。七礦兩廠不僅是東北鉛鋅生產(chǎn)基地的支柱廠礦,也是培養(yǎng)造就科技人才的基地。六七十年代曾向全國新建的鉛鋅企業(yè)輸送大批具有實踐經(jīng)驗的科技和管理人才以及生產(chǎn)技術(shù)工人,為中國鉛鋅業(yè)的發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。
2.湖南鉛鋅生產(chǎn)基地。湖南鉛鋅礦產(chǎn)資源豐富,而且富礦多,大部分礦產(chǎn)地可開發(fā)利用。該基地鉛鋅廠礦是五六十年代建成的,由水口山礦務(wù)局、桃林鉛鋅礦、黃沙坪鉛鋅礦、東坡鉛鋅礦和株洲冶煉廠等組成的湖南鉛鋅生產(chǎn)基地,是全國自產(chǎn)原料的全國最大的鉛鋅生產(chǎn)基地,在全國產(chǎn)量占有重要地位。
3.兩廣鉛鋅生產(chǎn)基地。廣東、廣西兩省區(qū)的鉛鋅資源豐富,兩省區(qū)是70年代形成的我國大型鉛鋅生產(chǎn)基地之一。廣東以凡口鉛鋅礦和韶關(guān)冶煉廠為主,其次是丙村鉛鋅礦、昌化鉛鋅礦、大尖山鉛鋅礦。廣西有泗頂鉛鋅礦、大新鉛鋅礦、河三鉛鋅礦、柳州鋅品廠和大廠礦務(wù)局等。
4.滇川鉛鋅生產(chǎn)基地。云南鉛鋅礦產(chǎn)資源十分豐富,鉛鋅保有儲量均居全國之首。該基地鉛鋅企業(yè)也是五六十年代建成的,主要是會澤鉛鋅礦、瀾滄老廠鉛鋅礦和昆明冶煉廠、個舊雞街冶煉廠。云南鉛鋅礦產(chǎn)資源具有廣闊的開發(fā)前景,90年代開始興建超大型鉛鋅礦床金頂?shù)V山。四川有會東鉛鋅礦、會理鉛鋅礦兩個主要礦山以及一批中小型礦山,21世紀(jì)以來鉛鋅精礦產(chǎn)量猛增。
5.西北鉛鋅生產(chǎn)基地。西北地區(qū)鉛鋅礦產(chǎn)資源也很豐富,主要分布在甘陜青三省,而且西成礦帶經(jīng)勘查儲量又有大幅度的增長,資源前景十分可觀。該基地鉛鋅生產(chǎn)以白銀有色金屬公司為主,有白銀廠小鐵山鉛鋅礦、第三冶煉廠和西北鉛鋅冶煉廠,陜西有鉛硐山鉛鋅礦、二里河鉛鋅礦、銀洞梁鉛鋅礦等和青海錫鐵山礦務(wù)局。西北鉛鋅產(chǎn)量較少,但開發(fā)前景可觀。一是有豐富的鉛鋅礦產(chǎn)資源,位于甘陜交界的西成-鳳太礦帶,經(jīng)近20余年勘查出10多個大中型鉛鋅銀金礦床,其中廠壩-李家溝鉛鋅達(dá)到超大型規(guī)模,銀達(dá)到大型。二是廠壩正在抓緊建設(shè)一座大型礦山,將成為西北冶煉廠主要礦物原料供給基地,是全國大型鉛鋅礦山之一。
除上述五大鉛鋅生產(chǎn)基地外,內(nèi)蒙古、江西、貴州等省區(qū)也建設(shè)了一批中小型礦山。其中內(nèi)蒙古梧桐花鉛鋅礦、白音諾鉛鋅礦、翁牛特旗硐子鉛鋅礦等礦山。內(nèi)蒙古是全國生產(chǎn)鉛鋅精礦主要省區(qū)之一,開發(fā)前景巨大。江西有銀山鉛鋅礦等。貴州有赫章鉛鋅礦、杉樹林鉛鋅礦等。
侵入途徑:吸入、食入。
吸入會引起口渴、干咳、頭痛、頭暈、高熱、寒戰(zhàn)等。粉塵對眼有刺激性。口服刺激胃腸道。長期反復(fù)接觸對皮膚有刺激性。
1.貯于陰涼干燥處,遠(yuǎn)離火種、熱源。
2.與氧化劑、胺類、硫、磷、酸堿類分儲。
3.滅火:干粉、干砂。禁用水和泡沫。
維持人體正常食欲
缺鋅會導(dǎo)致味覺下降,出現(xiàn)厭食、偏食甚至異食。
增強(qiáng)人體免疫力
鋅元素是免疫器官胸腺發(fā)育的營養(yǎng)素,只有鋅量充足才能有效保證胸腺發(fā)育,正常分化T淋巴細(xì)胞,促進(jìn)細(xì)胞免疫功能。
鋅有幫助生長發(fā)育、智力發(fā)育、提高免疫力的作用,缺乏鋅會對我們的身體,特別是生長發(fā)育造成嚴(yán)重影響,所以,補(bǔ)充足夠的鋅是生長發(fā)育,智力發(fā)育必須的。平時除了飲食要均衡外,別忘了適當(dāng)補(bǔ)充營養(yǎng)。
兒童
味覺障礙:厭食、偏食或異食;
皮膚疾患:易患口腔潰瘍,受損傷口不易愈合,青春期痤瘡等;
生長發(fā)育不良:身材矮小、瘦弱;
免疫力下降,經(jīng)常感冒、發(fā)燒;
孕婦
妊娠反應(yīng)加重:嗜酸,嘔吐加重
宮內(nèi)胎兒發(fā)育遲緩:導(dǎo)致早產(chǎn)兒、低體重兒
分娩合并癥增多:產(chǎn)程延長、流產(chǎn)
推薦攝入量
年齡(歲) RNI(mg) UL(mg)
0~ 1.5
0.5~ 8 13
1~ 9 23
4~ 12 23
7~ 13.5 28
男 女 男 女
11~ 18.0 15.0 37 34
14~ 19.0 15.5 42 35
18~ 15.0 11.5 45 37
50 11.5 11.5 37 37
孕婦 35
早期 11.5
中期 16.5
晚期 16.5
乳母 21.5 35