Zinc

Una aleación de zinc con cobre - latón - se conocía en la Antigua Grecia , el Antiguo Egipto , India ( siglo VII ), China ( siglo XI ). Durante mucho tiempo no fue posible aislar zinc puro. En 1738 en Inglaterra, William Champion patentó un método de destilación para obtener zinc [3] . A escala industrial, la fundición de zinc también comenzó en el siglo XVIII : en 1743, la primera planta de zinc, fundada por William Champion, comenzó a operar en Bristol , donde se obtenía zinc por destilación [4] [5] :15 . En 1746, A. S. Marggraf en Alemania desarrolló un método similar para obtener zinc puro calcinando una mezcla de su óxido con carbón sin aire en retortas refractarias de arcilla , seguido de condensación de vapor de zinc en refrigeradores . Marggraf describió su método en detalle y así sentó las bases para la teoría de la producción de zinc. Por lo tanto, a menudo se le llama el descubridor del zinc [4] .

En 1805, Charles Hobson y Charles Sylvester de Sheffield patentaron un método para procesar zinc: laminación a 100-150 °C [5] :28 . El primer zinc en Rusia se obtuvo en la planta de Alagir el 1 de enero de 1905 [5] :86 . Las primeras plantas donde se obtenía zinc por método electrolítico aparecieron en 1915 en Canadá y Estados Unidos [5] :82 .

Origen del nombre

La palabra "zinc" se encuentra por primera vez en los escritos de Paracelso , quien llamó a este metal la palabra lat. zincum o zinken en Liber Mineralium II [6] . Esta palabra probablemente se remonta a él. Zinke , que significa "diente" (los cristalitos de metal zinc parecen agujas) [7] .

Estar en la naturaleza

Hay 66 minerales de zinc conocidos, en particular zincita , esfalerita , willemita , calamina , smithsonita , franklinita . El mineral más común es la esfalerita o blenda de zinc. El componente principal del mineral es el sulfuro de zinc ZnS, y varias impurezas le dan a esta sustancia todo tipo de colores. Debido a la dificultad de identificar este mineral, se le llama blenda ( griego antiguo σφαλερός - engañoso). La blenda de zinc se considera el mineral principal a partir del cual se formaron otros minerales de zinc. : smithsonita ZnCO 3 , zincita ZnO , calamina 2ZnO SiO 2 H 2 O. En Altai , a menudo se puede encontrar mineral de "ardilla" rayada, una mezcla de blenda de zinc y espato marrón . Una pieza de tal mineral desde la distancia realmente parece un animal rayado escondido[ estilo ] .

El contenido medio de zinc en la corteza terrestre es de 8,3⋅10−3 % , en las principales rocas ígneas es algo superior (1,3⋅10−2 % ) que en las ácidas (6⋅10−3 % ). El zinc es un migrante energético del agua, especialmente característico de su migración en aguas termales junto con el plomo . Los sulfuros de zinc, que son de gran importancia industrial, precipitan de estas aguas. El zinc también migra vigorosamente en aguas superficiales y subterráneas, el principal precipitante es el sulfuro de hidrógeno , la sorción por arcillas y otros procesos juegan un papel menor.

El zinc es un elemento biogénico importante; los organismos vivos contienen en promedio 5⋅10 −4 % de zinc. Pero hay excepciones: los llamados organismos centrales (por ejemplo, algunas violetas ).

Depósitos

Los depósitos de zinc se conocen en Irán , Australia , Bolivia , Kazajstán [8] . En Rusia, el mayor productor de concentrados de plomo-zinc es JSC "MMC Dalpolimetall " [9] . En el territorio del Territorio de Krasnoyarsk en la región del Bajo Angara, se está desarrollando un depósito polimetálico Gorevskoye único con reservas de zinc de 1004,5 mil toneladas en las categorías A + B + C1 y 798,4 mil toneladas en la categoría C2. El yacimiento fue descubierto en 1956, la explotación comenzó en 1975, pero los primeros datos sobre la presencia de minerales en los alrededores datan de la década de 1770. En 2012, la producción de zinc ascendió a 25,8 mil toneladas. El campo está siendo desarrollado por un grupo de empresas. También se han explorado los depósitos de Partizanskoye y Surovoye en el oeste de la península de Taimyr. Previsión de recursos de zinc - 500 mil toneladas. [diez]

Isótopos

El zinc tiene cinco isótopos estables ( 64Zn , 66Zn , 67Zn , 68Zn y 70Zn ).

Conseguir

El zinc no se encuentra en la naturaleza como metal nativo.

El zinc se extrae de minerales polimetálicos que contienen 1-4% de Zn en forma de sulfuro, así como Cu , Pb , Ag , Au , Cd , Bi . Los minerales se enriquecen por flotación selectiva, obteniendo concentrados de zinc (50-60% Zn) y simultáneamente concentrados de plomo, cobre y, en ocasiones, también pirita. Los concentrados de zinc se queman en hornos de lecho fluidizado, convirtiendo el sulfuro de zinc en óxido de ZnO; el dióxido de azufre SO2 resultante se utiliza para producir ácido sulfúrico . El zinc puro a partir del óxido de ZnO se obtiene de dos formas. De acuerdo con el método pirometalúrgico (destilación), que existe desde hace mucho tiempo, el concentrado calcinado se sinteriza para darle granulosidad y permeabilidad a los gases, y luego se reduce con carbón o coque a 1200–1300 ° C: ZnO + C → Zn + CO . Los vapores metálicos resultantes se condensan y se vierten en moldes. En un principio, la restauración se realizaba únicamente en autoclaves manuales de barro cocido, posteriormente se utilizaron autoclaves de carborundo mecanizados verticales , luego hornos de cuba y de arco eléctrico; a partir de concentrados de plomo-zinc, el zinc se obtiene en hornos de cuba con voladura . La productividad aumentó gradualmente, pero el zinc contenía hasta un 3% de impurezas, incluido el valioso cadmio . El zinc de destilación se purifica por segregación (es decir, decantando el metal líquido procedente del hierro y parte del plomo a 500°C), alcanzando una pureza del 98,7%. La purificación por rectificación, a veces más compleja y costosa, que a veces se utiliza, otorga al metal una pureza del 99,995% y permite la extracción de cadmio.

El principal método de obtención de zinc es electrolítico (hidrometalúrgico). Los concentrados calcinados se tratan con ácido sulfúrico; la solución de sulfato resultante se purifica de las impurezas (por deposición con polvo de zinc) y se somete a electrólisis en baños revestidos herméticamente por dentro con plomo o plástico de vinilo . El zinc se deposita en cátodos de aluminio, de los cuales se extrae (se quita) diariamente y se funde en hornos de inducción. Por lo general, la pureza del zinc electrolítico es del 99,95%, la integridad de su extracción del concentrado (teniendo en cuenta el procesamiento de los desechos) es del 93-94%. Los desechos de producción producen sulfato de zinc, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; a veces también In, Ga, Ge, Tl.

Propiedades físicas

En su forma pura, es un metal blanco plateado bastante dúctil . Tiene una red hexagonal con parámetros a \u003d 0.26649 nm, c \u003d 0.49431 nm, grupo espacial P 6 3 / mmc, Z \u003d 2. A temperatura ambiente, es quebradizo, cuando la placa está doblada, se escucha una grieta. el roce de los cristalitos (normalmente más fuerte que " el grito de la lata "). A 100–150 °C, el zinc es plástico. Las impurezas, incluso las menores, aumentan considerablemente la fragilidad del zinc. La concentración intrínseca de portadores de carga en el zinc es 13.1⋅10 28 m −3 .

Propiedades químicas

Un ejemplo típico de un metal que forma compuestos anfóteros. Los compuestos de zinc ZnO y Zn(OH) 2 son anfóteros . El potencial de electrodo estándar es −0.76 V, en la serie de potenciales estándar se ubica antes que el hierro.

En el aire, el zinc se cubre con una fina película de óxido de ZnO. Cuando se calienta fuertemente, se quema con la formación de óxido blanco anfótero ZnO:

{\ce {2 Zn + O2 -> 2 ZnO))

El óxido de zinc reacciona tanto con soluciones ácidas:

{\ Displaystyle {\ ce {ZnO + 2 HCl -> ZnCl2 + H2O))}

y con álcalis:

{\ce {ZnO + 2 NaOH + H2O -> Na2[Zn(OH)4]}}

El zinc de pureza ordinaria reacciona activamente con soluciones ácidas:

{\ce {Zn + 2 HCl -> ZnCl2 + H2 ^}}

y soluciones alcalinas:

{\ce {Zn + 2 NaOH + 2 H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^}}

formando hidroxo-cincatos. El zinc muy puro no reacciona con soluciones de ácidos y álcalis. La interacción comienza con la adición de unas gotas de una solución de sulfato de cobre CuSO 4 .

Cuando se calienta, el zinc reacciona con los halógenos para formar haluros de ZnHal 2 . Con fósforo, el zinc forma fosfuros Zn 3 P 2 y ZnP 2 . Con azufre y sus análogos, selenio y telurio , varios calcogenuros, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 y ZnTe.

Con hidrógeno , nitrógeno , carbono , silicio y boro , el zinc no reacciona directamente. El nitruro Zn 3 N 2 se obtiene por reacción de zinc con amoníaco a 550-600 °C.

En soluciones acuosas , los iones de zinc Zn 2+ forman complejos acuosos [Zn(H 2 O) 4 ] 2+ y [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ .

Aplicación

El zinc metálico puro se utiliza para recuperar metales preciosos extraídos por lixiviación subterránea ( oro , plata ). Además, el zinc se utiliza para extraer plata, oro (y otros metales) del plomo crudo en forma de compuestos intermetálicos de zinc-plata-oro (la llamada "espuma de plata"), que luego se procesan mediante métodos de refinación convencionales .

Se utiliza para proteger el acero de la corrosión ( recubrimiento de zinc de superficies no sujetas a estrés mecánico o metalización - para puentes, tanques, estructuras metálicas).

El zinc se utiliza como material para el electrodo negativo en fuentes de corriente química , es decir, en baterías y acumuladores , por ejemplo: pila de manganeso-zinc , batería de plata-zinc (1,85 V , 150 W h /kg, 650 W h/dm 3 , baja resistencia y colosales corrientes de descarga), elemento mercurio-zinc (1,35 V, 135 W h/kg, 550-650 W h/dm 3 ), elemento dioxisulfato-mercurio , elemento yodato-zinc , celda galvánica de óxido de cobre ( 0.7-1.6 V, 84-127 W h / kg, 410-570 W h / dm 3 ), celda de cromo-zinc , celda de zinc-cloruro de plata , batería de níquel-zinc (1, 82 V, 95-118 W h / kg, 230-295 W h/dm 3 ), pila de plomo-zinc , batería de zinc-cloro, batería de zinc-bromo , etc.

El papel del zinc es muy importante en las baterías de zinc-aire , que se caracterizan por un consumo energético específico muy elevado . Son prometedores para motores de arranque (batería de plomo - 55 W h / kg, zinc-aire - 220-300 W h / kg) y para vehículos eléctricos (kilometraje hasta 900 km).

Las placas de zinc se utilizan ampliamente en la impresión , en particular, para imprimir ilustraciones en publicaciones de gran tirada. Para esto, la zincografía se ha utilizado desde el siglo XIX : la fabricación de clichés en una placa de zinc grabando el patrón con ácido. Las impurezas, a excepción de una pequeña cantidad de plomo, perjudican el proceso de grabado. Antes del decapado, la placa de zinc se recoce y se lamina en estado calentado [5] :30-31 .

El zinc se agrega a muchas aleaciones de soldadura fuerte para reducir su punto de fusión.

El óxido de zinc se usa ampliamente en medicina como agente antiséptico y antiinflamatorio . El óxido de zinc también se utiliza para la producción de pintura blanca de zinc .

El zinc es un componente importante del latón . Las aleaciones de zinc con aluminio y magnesio (TsAM, ZAMAK ), debido a sus cualidades mecánicas relativamente altas y de fundición muy altas, son muy utilizadas en ingeniería para la fundición de precisión. En particular, en el negocio de las armas, los pernos de pistola a veces se funden con la aleación ZAMAK (-3, -5) , especialmente aquellos diseñados para el uso de cartuchos débiles o traumáticos. Asimismo, a partir de aleaciones de zinc se funde todo tipo de equipamiento técnico, como manetas de coche, carrocerías de carburador, maquetas y todo tipo de miniaturas, así como cualquier otro producto que requiera una fundición de precisión con una resistencia aceptable.

El cloruro de zinc es un fundente importante para soldar metales y un componente en la producción de fibras .

El sulfuro de zinc se utiliza en la fabricación de fósforos de posluminiscencia breve y otros compuestos luminiscentes , normalmente mezclas de ZnS y CdS activados con otros iones metálicos. Los fósforos a base de sulfuros de zinc y cadmio también se utilizan en la industria electrónica para la fabricación de pantallas y paneles luminosos flexibles como electroluminóforos y compuestos con un tiempo de brillo corto .

Telururo , seleniuro , fosfuro , sulfuro de zinc son semiconductores ampliamente utilizados . El sulfuro de zinc es una parte integral de muchos fósforos . El fosfuro de zinc se usa como veneno para roedores .

El seleniuro de zinc se usa para fabricar vidrios ópticos con una absorción muy baja en el infrarrojo medio , como en los láseres de dióxido de carbono .

Los diferentes usos del zinc dan cuenta de:

galvanizado - 45-60%,
medicina (óxido de zinc como antiséptico) - 10%,
producción de aleación - 10%,
producción de neumáticos de caucho - 10%,
pinturas al óleo - 10%.

Producción mundial

El zinc es el cuarto metal más utilizado en el mundo después del hierro, el aluminio y el cobre, y el tercero entre los metales no ferrosos. La producción mundial de zinc en 2009 ascendió a 11.277 millones de toneladas, un 3,2% menos que en 2008 [11] La producción mundial de zinc puede aumentar en 2024 a 14 millones de toneladas por año. [12] El precio del zinc en octubre de 2021 subió en Londres a 3528,5 USD/t, +3,7%. [13]

Lista de países por producción de zinc en 2006 (basada en el Servicio Geológico de los Estados Unidos) [14] :

Lista de países por producción de zinc

Lugar	País	Productividad (toneladas)
—	El mundo entero	10,000,000
una	Porcelana	02.600.000 [15]
2	Australia	01,380,000
3	Perú	01 201 794
cuatro	EE.UU	0 0727 000
5	Canadá	0 0710 000
6	México	0 0480.000 [15]
7	Irlanda	0 0425 700
ocho	India	0 0420 800
9	Kazajstán	0 0400.000 [15]
diez	Suecia	0 0192 400
once	Rusia	0 0190.000 [15]
12	Brasil	0 0176.000 [15]
13	Bolivia	0 0175.000 [15]
catorce	Polonia	0 0135 600
quince	Irán	0 0130.000 [15]
dieciséis	Marruecos	00073.000 [15]
17	Namibia	00068.000 [15]
Dieciocho	Corea del Norte	00067,000 [15]
19	Pavo	00050.000 [15]
veinte	Vietnam	00048,000 [15]
21	Tailandia	00045.000 [15]
22	Honduras	00037 646
23	Finlandia	00035 700
24	Sudáfrica	00034 444
25	Chile	00031 725
26	Argentina	00030 300 [15]
27	Bulgaria	00017 300 [15]
28	Rumania	00 009600 [15]
29	Japón	00 007 169
treinta	Argelia	00 005,000 [15]
31	Arabia Saudita	00 001500 [15]
32	Georgia	00 000400 [15]
33	Bosnia y Herzegovina	00 000300 [15]
34	Birmania	00 000100 [15]

Rol biológico

El organismo de un adulto contiene una media de unos 2 g de zinc en forma de sus compuestos, que se concentra principalmente en la próstata, los músculos, el hígado y el páncreas. 50 mililitros de semen humano contienen alrededor de 10 miligramos de zinc. Más de 400 enzimas contienen zinc. Entre ellos se encuentran enzimas que catalizan la hidrólisis de péptidos, proteínas y ésteres, la formación de aldehídos, la polimerización de ADN y ARN . Los iones Zn 2+ en las enzimas provocan la polarización del agua y de las moléculas orgánicas, facilitando su desprotonación según la reacción

Zn 2+ + H 2 O \u003d ZnOH + + H +

La enzima más estudiada es la anhidrasa carbónica, una proteína que contiene zinc y consta de aproximadamente 260 residuos de aminoácidos. Esta enzima se encuentra en los glóbulos rojos y contribuye a la conversión del dióxido de carbono formado en los tejidos durante su actividad vital en iones de bicarbonato y ácido carbónico, que es transportado por la sangre a los pulmones, donde es excretado del cuerpo en el forma de dióxido de carbono. En ausencia de la enzima, la conversión de CO 2 en el anión HCO 3 - procede a una velocidad muy baja. En la molécula de anhidrasa carbónica, el átomo de zinc está unido a tres grupos imidazol de residuos de aminoácidos de histidina y una molécula de agua, que se desprotona fácilmente, convirtiéndose en un hidróxido coordinado. El átomo de carbono de la molécula de dióxido de carbono, que tiene una carga positiva parcial, interactúa con el átomo de oxígeno del grupo hidroxilo. Así, la molécula de CO 2 coordinada se convierte en un anión bicarbonato, que abandona el sitio activo de la enzima, siendo sustituido por una molécula de agua. La enzima acelera esta reacción de hidrólisis 10 millones de veces.

Zinc

esencial para la producción de esperma y hormonas masculinas [16] ,
necesario para el metabolismo de la vitamina E ,
importante para el funcionamiento normal de la próstata ,
participa en la síntesis de varias hormonas anabólicas en el cuerpo, incluidas la insulina , la testosterona y la hormona del crecimiento [16] ,
necesaria para la descomposición del alcohol en el organismo, ya que forma parte de la alcohol deshidrogenasa [16] .

Contenido en alimentos

La ingesta diaria recomendada de zinc en la dieta es de 11 mg para hombres y 8 mg para mujeres [17] . Durante los períodos de vida sexual activa, el requerimiento diario de zinc en los hombres aumenta y asciende a 30-70 mg. Entre los alimentos consumidos por los humanos, el mayor contenido de zinc se encuentra en las ostras , las semillas de calabaza y girasol , las semillas de sésamo , la carne, el queso, la avena, las legumbres y el chocolate.

El contenido de zinc en productos por 100 g [18] :

Nueces y semillas: semillas de calabaza - 10 mg, semillas de sésamo - 7 mg, piñones - 6,4 mg, semillas de girasol - 5,3 mg, almendras - 3 mg, nueces - 3 mg.
Carne: hígado de res - 4 mg, res - 3-8,4 mg, cordero - 2-6 mg, pollo - 0,8-3,5 mg, cerdo - 0,8-3,5 mg.
Legumbres: lentejas 4,78 mg, cacahuetes 4 mg, guisantes 1,2 mg, soja 3 mg.
Productos lácteos: queso duro - 3-4 mg, helado, yogur - 0,7-0,8 mg, leche - 0,4 mg.
Cereales y pan: avena - 3,97, trigo - 3,46 mg, centeno - 2,65 mg, arroz - 1 mg, pan - 0,7-1,5 mg, galletas - 0,5-1 mg, harina de trigo - 0,8 mg.
Pescados y mariscos: ostras - 16-40 mg, anchoas - 1,72 mg, pulpo - 1,68 mg, carpa - 1,48 mg, caviar - 1 mg, arenque - 0,99 mg.
Verduras y frutas: guisantes - 1,24 mg, brotes de bambú - 1,10 mg, maíz (hervido, enlatado) - 0,5-0,6 mg, dátiles - 0,44 mg, frambuesas - 0,42 mg, brócoli - 0,41 mg, remolacha - 0,35 mg, patatas - 0,29 mg, grosellas negras - 0,27 mg, higos , plátanos - 0,15 mg, naranjas - 0,07 mg, pomelo - 0,07 mg, limones - 0,06 mg, manzanas - 0,04 mg.
Dulces: cacao en polvo (sin azúcar) - 6,81 mg, chocolate - 2,3 mg, chocolates - 1-2 mg, miel - 0,22 mg.

El zinc también puede estar presente en el agua mineral.

Las principales manifestaciones de la deficiencia de zinc

La falta de zinc en el cuerpo conduce a una serie de trastornos. Entre ellos se encuentran irritabilidad, fatiga, pérdida de memoria, estados depresivos, disminución de la agudeza visual, pérdida de peso, acumulación de ciertos elementos en el organismo ( hierro , cobre , cadmio , plomo ), disminución de los niveles de insulina , enfermedades alérgicas, anemia y otros [19] .

Para evaluar el contenido de zinc en el cuerpo, se determina su contenido en el cabello, la sangre y su suero.

Toxicidad

Con la ingesta prolongada en el cuerpo en grandes cantidades de todas las sales de zinc, especialmente sulfatos y cloruros, pueden causar intoxicación debido a la toxicidad de los iones Zn 2+ . 1 gramo de sulfato de zinc ZnSO 4 es suficiente para causar una intoxicación grave. En la vida cotidiana, se pueden formar cloruros, sulfatos y óxido de zinc cuando los alimentos se almacenan en utensilios de zinc y galvanizados.

La intoxicación por ZnSO 4 provoca anemia, retraso del crecimiento e infertilidad.

La intoxicación por sulfato de zinc se produce por inhalación de sus partículas finas (polvo). Se manifiesta en la aparición de un sabor dulzón en la boca, disminución o pérdida total del apetito, sed intensa. Hay fatiga, sensación de debilidad, opresión y dolor opresivo en el pecho, somnolencia, tos seca.

Véase también

Categoría: Compuestos de zinc
zincatos

Notas

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Pesos atómicos de los elementos 2011 (Informe Técnico IUPAC ) . - Química Pura y Aplicada , 2013. - Vol. 85 , núm. 5 . - P. 1047-1078 . -doi : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
↑ Enciclopedia química: en 5 volúmenes / Consejo editorial: Zefirov N. S. (editor en jefe). - M. : Gran Enciclopedia Rusa, 1999. - T. 5. - S. 378.
↑ Pollard A., Heron C. Química arqueológica . - Real Sociedad de Química, 2008. - Pág. 204.
↑ 1 2 Gris L. Zinc . - Marshall Cavendish, 2006. - Pág. 9.
↑ 1 2 3 4 5 Kazakov B. I. Metal de Atlantis. (Sobre el zinc). - M. : Metalurgia, 1984. - 128 p.
↑ Hoover, Herbert Clark (2003), Georgius Agricola de Re Metallica , Kessinger Publishing, p. 409, ISBN 0766131971 .
↑ Gerhartz, Wolfgang (1996), Enciclopedia de química industrial de Ullmann (5.ª ed.), VHC, p. 509, ISBN 3527201009 .
↑ Los depósitos monominerales más grandes (áreas minerales, cuencas) (enlace inaccesible) . Consultado el 29 de noviembre de 2010. Archivado desde el original el 19 de junio de 2010. (indefinido)
↑ Dalpolimetal .
↑ Depósitos de zinc . Enciclopedia del territorio de Krasnoyarsk (19 de diciembre de 2014). (indefinido)
↑ El mundo ha reducido la producción y el consumo de zinc, y China ha aumentado .
↑ El mercado del zinc en 2020: una revisión analítica del UMMC // Metallurgy News. Suministro y venta de metales.
↑ Los metales rompen récords en medio de cortes de suministro debido a la crisis energética // ProFinance.Ru.
↑ Anuario de Minerales 2006 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Dato orientativo.
↑ 1 2 3 AV Skalny. El zinc y la salud humana. - RICK GOU OSU, 2003.
↑ Connie W. Bales, Christine Seel Ritchie. Manual de Nutrición Clínica y Envejecimiento
↑ Mostrar lista de nutrientes
↑ Sitio web del Centro de Medicina Biótica (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 30 de mayo de 2011. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2011. (indefinido)

Enlaces

Zinc en Webelements
Zinc en la Biblioteca Popular de Elementos Químicos Archivado el 8 de agosto de 2006 en Wayback Machine .
Ánodos de zinc y zinc

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