有色金属冶金学重金属冶金学部分概述一锌冶金（一）
有色金属冶金学 1 重金属冶金学部分 ——锌冶金（一）概述
第四章锌冶金“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，封裹泥固，以渐研干，勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火锻红，罐中炉甘石熔化成团，冷定毁罐取出，即倭铅也。宋应星-《天工开物
第四章 锌冶金 “每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，封裹泥固， 以渐砑干，勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼 垫盛，其底铺薪，发火锻红，罐中炉甘石熔化 成团，冷定毁罐取出，即倭铅也。” 宋应星-《天工开物》 2
1概述1.1 发展简史中国是世界上最早发现和使用锌的国家，“龙山文化”时期就生产出了含锌23.2%的黄铜锥。早在唐朝以前就炼出了金属锌，到明朝时炼锌技术已经达到很高水平。生产锌的方法由我国传到欧洲，但欧洲的锌的冶炼长期处于停滞状态，直到19世纪蒸馏法炼锌的出现。湿法炼锌直到20世纪20年代才正式应用于工业生产。：自前湿法炼锌的产量以占世界锌总产量的80%以上，我国湿法炼锌的产量约占70%左右
✓ 中国是世界上最早发现和使用锌的国家， “龙山文化” 时期就生产出 了含锌23.2％的黄铜锥。 ✓ 早在唐朝以前就炼出了金属锌，到明朝时炼锌技术已经达到很高水平。 ✓ 生产锌的方法由我国传到欧洲，但欧洲的锌的冶炼长期处于停滞状态， 直到19世纪蒸馏法炼锌的出现。 ✓ 湿法炼锌直到20世纪20年代才正式应用于工业生产。目前湿法炼锌的 产量以占世界锌总产量的80%以上，我国湿法炼锌的产量约占70%左右。 1 概述 1.1 发展简史 3
1.2锌及其化合物的性质锌的物理性质锌为第四周期，IB族元素，原子序数30，原子量65.38。金属锌是银白色略带蓝灰色的金属，在常温下密度7.1g/cm3，熔点和沸点分别为419.58℃和906.97℃，延展性好，莫式硬度为2.5。锌在常温下延展性差，加热至100～150℃时延展性变好，当加热到250℃时则失去延展性而变脆。锌的晶体结构为密排六方晶格，α、β、三种结晶状态，转化温度分别为170℃和330℃。锌在熔点附近的蒸气压很小，液体锌蒸气压随温度的升高急剧增大。锌的蒸气压随温度变化的公式如下：Pa（熔点~沸点）IgP*=-6620/T-1.255lgT+14.465450500700907温度/℃189蒸气压/Pa52.58151101325
1.2 锌及其化合物的性质 锌的物理性质 锌为第四周期，ⅡB族元素，原子序数30，原子量65.38。金属锌是银白色略带蓝灰 色的金属，在常温下密度7.1g/cm3，熔点和沸点分别为419.58℃和906.97℃，延展性好， 莫式硬度为2.5｡ 锌在常温下延展性差，加热至100～150℃时延展性变好，当加热到250℃时则失去延 展性而变脆。 温度/℃ 450 500 700 907 蒸气压/Pa 52.5 189 8151 101325 锌的晶体结构为密排六方晶格，、、三种结晶状态，转化温度分别为170℃和 330℃。锌在熔点附近的蒸气压很小，液体锌蒸气压随温度的升高急剧增大。锌的蒸气 压随温度变化的公式如下： lgP * = -6620/T - 1.255lgT + 14.465 Pa（熔点~沸点） 4
锌的物理性质目项数值(1)原子序数30(2)原子量65.38(3)晶体结构hcp(4)点阵参数a=2.6649A,c-4.9469Ac/a=1.856(5)金属原子半径原子尺寸（A）1.332离子半径（M2+）0.83(6)熔点（℃，K)419.5(692.7)(7)，℃及K)沸点（101325Pa时，907C(1180)(8)密度（g/cm3)固体25℃时7.14419.5℃时6.83液体419.5℃时6.62800℃时6.25(9)熔化热（J/mol）419.5℃时7384.76(10)蒸发热（J/mol）907℃时114767.12(11)热容（J/mo1）固体298~692.7K时Cp=22.40+10.05×10-3T液体Cp=31.40气体Cp-20.80(12)导热系数（J/S-cm.℃）固体18℃时1.13419.5℃C时0.96液体419.5℃时0.61750℃时0.57(13)体胀系数（1/℃）（20~400~400℃）×10-58.9(14)表面张力（mN/cm）液体7.58~0.0009(t~419.5)(15)电阻率μQ/cm),R多晶体（0~100℃）5.46(1+0.0042t)20℃时a轴5.8320℃时c轴6.16液体423℃时39.955(16)弹性模量（MPa）80000~130000(17)剪切模量（MPa）80005
✓1.2.1 锌的物理性质 5
锌的化学性质锌具有较好的抗腐蚀性能。锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成碱式碳酸锌（ZnCO3·3Zn（OH)），这样可以保护锌进一步地被腐蚀。纯锌不溶于任何浓度的硫酸或盐酸中。但锌中若有少量杂质存在则会被酸所溶解。因此，一般的商品锌极易被酸所溶解，亦可溶于碱中。商品锌极易溶于硫酸或盐酸中并放出氢气。在红热的温度下，锌易分解水蒸气生成氧化锌。金属锌在空气中加热至505℃，即可燃烧生成非晶形的氧化锌。CO2与水蒸气的混合气体可使锌蒸气迅速氧化，生成氧化锌及CO。窗口由于锌的结晶不同，铸锌较辊轧加工所得锌难溶解
锌的化学性质 ➢ 锌具有较好的抗腐蚀性能。锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成碱式 碳酸锌(ZnCO3·3Zn(OH)2)，这样可以保护锌进一步地被腐蚀。 ➢ 纯锌不溶于任何浓度的硫酸或盐酸中。但锌中若有少量杂质存在则会被酸所溶解。 因此，一般的商品锌极易被酸所溶解，亦可溶于碱中。商品锌极易溶于硫酸或盐酸中 并放出氢气。 ❑ 由于锌的结晶不同，铸锌较辊轧加工所得锌难溶解。 ❑ 在红热的温度下，锌易分解水蒸气生成氧化锌。 ❑ 金属锌在空气中加热至505℃，即可燃烧生成非晶形的氧化锌。 ❑ CO2与水蒸气的混合气体可使锌蒸气迅速氧化，生成氧化锌及CO。 6
锌的主要化合物及其性质口ZnS：在自然界中以闪锌矿状态存在，是炼锌的主要原料。不能直接被H、C、CO还原。可溶于盐酸和浓硫酸溶液中，但不溶解于冷的稀硫酸和稀盐酸中。ZnS + 3/20,= Zn0+ S02在1373K下，与Ca0反应生成CaS和Zn0ZnS + CaO = CaS + ZnO硫化锌在酸中可氧化分解，目前利用这一点已研究开发了高压氧酸浸法处理硫化锌精矿的新工艺
锌的主要化合物及其性质 ❑ ZnS：在自然界中以闪锌矿状态存在，是炼锌的主要原料。不能 直接被H2、C、CO还原。可溶于盐酸和浓硫酸溶液中，但不溶解 于冷的稀硫酸和稀盐酸中。 ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2 在1373K下，与CaO反应生成CaS和ZnO ZnS + CaO = CaS + ZnO 硫化锌在酸中可氧化分解，目前利用这一点已研究开发了高 压氧酸浸法处理硫化锌精矿的新工艺。 7
ZnO：俗称锌白，真密度为5.78g/cm3，熔点为1973℃。氧化锌为两性氧化物，可溶解于酸和氨液中。在高温下，能被H、C、CO还原成为金属锌。无天然矿物。ZnO可被C、CO和H,还原，其中被CO还原的反应在1073K下十分激烈：ZnO + CO = Zn(g) + CO2在823K以上，与Fe,0形成铁酸锌。ZnSO4:无天然矿物。通常含有7个结晶水，易溶于水，比重为3.474，受热分解，在1123K左右温度下分解压达到10132.5Pa，ZnS04=ZnO+S02+1/20在973K以上温度时，易与Fe20生成铁酸锌，所以加速上述分解反应的进行
ZnO: 俗称锌白，真密度为5.78g/cm3 ，熔点为1973℃。氧化锌为 两性氧化物，可溶解于酸和氨液中。在高温下，能被H2、C、CO 还原成为金属锌。 无天然矿物。ZnO可被C、CO和H2还原，其中被CO还原的反 应在1073K下十分激烈： ZnO + CO = Zn(g) + CO2 在823K以上，与Fe2O3形成铁酸锌。 ZnSO4： 无天然矿物。通常含有7个结晶水，易溶于水，比重为 3.474，受热分解，在1123K左右温度下分解压达到10132.5Pa， ZnSO4 = ZnO + SO2 + 1/2O2 在973K以上温度时，易与Fe2O3生成铁酸锌，所以加速上述 分解反应的进行。 8
锌的主要化合物及其性质锌主要化合物的熔点和沸点沸点/K熔点/K化合物升华Zns1938约2273ZnO分解ZnSO4ZnCl25919941863ZnO.FezO317822ZnO.SiO2
锌的主要化合物及其性质 9
消费、产量1.3锌的用途、锌的用途锌广泛用于航天、汽车、船舶、钢铁、机械、建筑、电子及日用工业等行业。最大用途是镀锌，约占总耗锌量的40%以上：其次是用于制造黄铜，约占总耗锌量的20%：铸造合金约占15%左右：其余20~25%主要用于制造各种锌基合金、干电池、氧化锌、建筑五金制品及化学制品等。镀锌黄铜锌合金基锌材氧物化其它10
1.3 锌的用途、消费、产量 锌的用途 锌广泛用于航天、汽车、船舶、钢铁、机械、建筑、电子及日用工业等行业。 最大用途是镀锌，约占总耗锌量的40%以上；其次是用于制造黄铜，约占总耗锌 量的20%；铸造合金约占15%左右；其余20~25%主要用于制造各种锌基合金、干 电池、氧化锌、建筑五金制品及化学制品等。 10