一、鋅的理化性質(zhì)
金屬鋅,化學(xué)符號(hào)Zn。屬化學(xué)元素周期表第II族副族元素,是六種基本金屬之一。鋅是一種白色略帶藍(lán)灰色金屬,具有金屬光澤,在自然界中多以硫化物狀態(tài)存在。鋅的密度為7.2克/立方厘米,熔點(diǎn)為419.5℃,沸點(diǎn)906℃,莫氏硬度為2.5,其六面體晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極強(qiáng),無(wú)法改變,但可以加強(qiáng)。鋅較軟,僅比鉛和錫硬,展性比鉛小,比鐵大;展性比銅和錫小。細(xì)粒結(jié)晶的鋅比粗粒結(jié)晶的鋅容易錕軋及抽絲。
鋅在常溫下不會(huì)被干燥空氣、不含二氧化碳的空氣或干燥的氧所氧化。但在與濕空氣接觸時(shí),其表面會(huì)逐漸被氧化,生成一層灰白色致密的堿性碳酸鋅包裹其表面,保護(hù)內(nèi)部不再被侵蝕。
純鋅不溶于純硫酸或鹽酸,但鋅中若有少量雜質(zhì)存在則會(huì)被酸所溶解。因此,一般的商品鋅極易被酸所溶解,亦可溶于堿中。
二、鋅的主要用途
鋅是重要的有色金屬原材料,目前,鋅在有色金屬的消費(fèi)中僅次于銅和鋁,鋅金屬具有良好的壓延性、耐磨性和抗腐性,能與多種金屬制成物理與化學(xué)性能更加優(yōu)良的合金。原生鋅企業(yè)生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有:金屬鋅、鋅基合金、氧化鋅。這些產(chǎn)品用途非常廣泛,主要有以下幾個(gè)方面:
(一)鍍鋅
用作防腐蝕的鍍層(如鍍鋅板),廣泛用于汽車(chē)、建筑、船舶、輕工等行業(yè),約占鋅用量的46%。
鋅具有優(yōu)良的抗大氣腐蝕性能,所以鋅主要用于鋼材和鋼結(jié)構(gòu)件的表面鍍層。電鍍用熱鍍鋅合金表面氧化后會(huì)形成一層均勻細(xì)密的堿式碳酸鋅ZnCO3o3Zn(OH)2氧化膜保護(hù)層,該氧化膜保護(hù)層還有防止霉菌生長(zhǎng)的作用。由于鋅合金板具有良好的抗大氣腐蝕性,近年來(lái)西方國(guó)家也開(kāi)始嘗試著直接用它做屋頂覆蓋材料,用它作屋頂板材使用年限可長(zhǎng)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。
(二)制造銅合金材(如黃銅)
用于汽車(chē)制造和機(jī)械行業(yè),約占15%。
鋅具有適用的機(jī)械性能。鋅本身的強(qiáng)度和硬度不高,加入鋁、銅等合金元素后,其強(qiáng)度和硬度均大為提高,尤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,鋅銅鈦合金目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于小五金生產(chǎn)中。
(三)用于鑄造鋅合金
主要為壓鑄件,用于汽車(chē)、輕工等行業(yè),約占15%。
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(rùn)滑性,延長(zhǎng)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)越的超塑性能。
此外,鋅具有良好的抗電磁場(chǎng)性能。鋅的導(dǎo)電率是標(biāo)準(zhǔn)電工銅的29%,在射頻干擾的場(chǎng)合,鋅板是一種非常有效的屏蔽材料,同時(shí)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(qián)幣,同時(shí),鋅自身及與其他金屬碰撞不會(huì)發(fā)生火花,適合作井下防爆器材。
(四)用于制造氧化鋅
廣泛用于橡膠、涂料、搪瓷、醫(yī)藥、印刷、纖維等工業(yè),約占11%。
5、用于制造干電池,以鋅餅、鋅板形式,約占13%。
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(gè)特點(diǎn),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(yáng)極。它的著一性能也被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)。
三、鋅的儲(chǔ)量及資源分布
世界鋅資源較為豐富。自然條件下并不存在單一的鋅金屬礦床,通常情況鋅與鉛、銅、金等金屬以共生礦的形式存在。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局資料顯示,2004年世界鋅儲(chǔ)量22,000萬(wàn)噸,儲(chǔ)量基礎(chǔ)為46,000萬(wàn)噸(見(jiàn)表一)。鋅儲(chǔ)量較多的國(guó)家有中國(guó)、澳大利亞、美國(guó)、加拿大、哈薩克斯坦、秘魯和墨西哥等。
世界鋅資源地理分布廣泛。澳大利亞、中國(guó)、美國(guó)、哈薩克斯坦四國(guó)的礦石儲(chǔ)量占世界鋅儲(chǔ)量的57%左右,占世界儲(chǔ)量基礎(chǔ)的64.66%。
表一 世界鋅儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)(萬(wàn)噸)
國(guó)家 |
儲(chǔ)量 |
儲(chǔ)量基礎(chǔ) |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
中國(guó) |
3400 |
3300 |
3300 |
3300 |
9300 |
9200 |
9200 |
9200 |
澳大利亞 |
3200 |
3300 |
3300 |
3300 |
8000 |
9000 |
8000 |
8000 |
美國(guó) |
2500 |
3000 |
3000 |
3000 |
8000 |
9000 |
9000 |
9000 |
加拿大 |
1100 |
1100 |
1100 |
1100 |
3100 |
3100 |
3100 |
3100 |
哈薩克斯坦 |
3000 |
3000 |
3000 |
3000 |
3500 |
3500 |
3500 |
3500 |
秘魯 |
800 |
1600 |
1600 |
1600 |
1300 |
2000 |
2000 |
2000 |
墨西哥 |
600 |
800 |
800 |
800 |
800 |
2500 |
2500 |
2500 |
其他國(guó)家 |
7400 |
6900 |
5900 |
5900 |
13000 |
11000 |
8700 |
8700 |
世界總計(jì)① |
19000 |
20000 |
22000 |
22000 |
44000 |
45000 |
46000 |
46000 |
注:1、資料來(lái)源:Minerol Commodity Summaries, 2005
2、①原數(shù)據(jù)取整。
圖一 世界鋅資源的儲(chǔ)量分布
資料來(lái)源:Minerol Commodity Summaries,2005
我國(guó)已知的鋅礦物大約有55種,其中約13種鋅礦物有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。閃鋅礦(ZnS)是最富含鋅的礦物,占鋅總產(chǎn)量90%左右。重要的鋅礦物還包括纖鋅礦、異極礦、菱鋅礦、水鋅礦、紅鋅礦、硅鋅礦等。
我國(guó)的鋅資源豐富,地質(zhì)儲(chǔ)量居世界第一位,至2004年底,我國(guó)鋅的地質(zhì)保有儲(chǔ)量為9,200萬(wàn)噸(其中A+B+C級(jí)3,300萬(wàn)噸),資源分布相當(dāng)廣泛,幾乎遍及全國(guó)各省、市、自治區(qū)。目前全國(guó)已探明的鋅礦床778處,保有地質(zhì)儲(chǔ)量較多的省份有云南、廣東、湖南、甘肅、廣西、內(nèi)蒙古、四川和青海等地。我國(guó)鋅資源的總體特征是:富礦少,低品位礦多;大型礦少,中小型礦多;開(kāi)采難度較大。
盡管我國(guó)鋅礦的開(kāi)采條件較差,但根據(jù)2004年全球前十位鋅精礦生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)資料,我國(guó)2005年鋅精礦產(chǎn)量達(dá)到271萬(wàn)噸,約占全球鋅精礦產(chǎn)量的26.5%,是全球最大的鋅礦產(chǎn)資源生產(chǎn)國(guó),在全球鋅礦產(chǎn)資源的配制中占有極其重要地位。