Цинк хлоридная кислота. Хлорид цинка: состав и молярная масса

Цинк хлористый (хлорид цинка, цинк дихлорид), обозначается формулой ZnCl 2 и представляет собой соединение двух химических элементов - цинка и хлора. Это бесцветное, сильно гигроскопичное, кристаллическое вещество, обладающее едкими свойствами. Хлорид цинка растворяется в эфире, этаноле, глицерине и в ацетоне. Концентрированные водные растворы хлористого цинка растворяют крахмал, шелк и целлюлозу, и именно поэтому, такая жидкость является Льюисовой кислотой со средней силой. Кислота Льюиса – это любое соединение, способное принять электронную пару на незаполненную орбиталь. Иначе говоря, кислота Льюиса - акцептор пары электронов.

Хлористый цинк представляет собой белое кристаллическое вещество плотностью 2,91 г/см³ и температурой плавления 322°С. Продукт хорошо растворяется в воде, в среднем, соединение имеет 80-процентную растворимость. Так, в 100 г воды при 20°С растворяется 368 г хлористого цинка, а при 100° С – 614 г. При растворении хлорида цинка в воде происходит разогревание раствора из-за химического взаимодействия вещества с растворителем. Растворы цинка дихлорида имеют кислую реакцию, pH растворов обычно варьируется от 1,5 до 3,5.

В хлористом цинке всегда имеется некоторое количество воды, т.к. он гигроскопичен. Это вещество вследствие хорошей растворимости может полностью растворяться в гигроскопичной воде и образовывать вязкие густые растворы с большой плотностью. Обычно состав раствора хлористого цинка приходится корректировать после определения его плотности с помощью ареометра (прибора для измерения плотности жидкостей и твердых тел).

Хлорид цинка обладает химическими свойствами, которые характерны для растворимых солей цинка. Он может быть получен путем растворения цинка или его оксида в соляной кислоте, нагреванием жидкого цинка в токе хлора, вытеснением цинком других металлов из их соединений (хлоридов).

Промышленный метод получения - растворение цинка и его соединений в соляной кислоте. Для данного метода подходит как чистый цинк, так его окиси и даже цинксодержащее вторичное сырье. В дальнейшем полученный раствор выпаривают, так как конечным продуктом, кроме хлорида цинка, будет вода или летучие газы. Второй промышленный способ получения ZnCl 2 - нагревание жидкого цинка в токе хлора. Для этого гранулированный цинк расплавляют при температуре 419,6 °C (температура плавления цинка).

В лабораториях дихлорид цинка можно получать действием чистого цинка на растворы хлоридов некоторых металлов. Те металлы, которые стоят правее цинка в электрохимическом ряду напряжений, будут вытесняться им из соединений. Наиболее распространенные металлы, входящие в состав реактивов – медь, железо, ртуть и серебро. Другим методом получения хлорида цинка в лабораториях является - действие хлоридов металлов или соляной кислоты на соединения цинка.

Очищение хлорида цинка происходит путем сублимации (перехода вещества из твёрдого состояния в газообразное без пребывания в жидком состоянии) при температуре 600°С - 700°С в токе хлора.

Цинк хлористый технический поставляется в промышленной упаковке:

• транспортируется груз железнодорожным, автомобильным и морским транспортом в закрытых отсеках;
• перевозится - в герметичной заводской упаковке;
• при транспортировке следует обеспечивать сохранность и целостность упаковки и не допускать контакта хлорида цинка с внешней средой;
• необходимо хранить продукт в закрытых складских помещениях в герметичной заводской упаковке;
• при хранении и применении следует обеспечивать требуемые меры безопасности к продукту и не допускать его рассыпания;
• хранить хлорид цинка рекомендуется отдельно от продуктов питания.

При соблюдении условий транспортировки и хранения в невскрытой заводской упаковке, гарантийный срок хранения цинка хлористого составляет 12 месяцев.

Хлорид цинка является полезным и широко используемым в промышленности веществом. Его применение основано на специфических химических свойствах как осушающего и огнестойкого средства.

Наиболее распространенные области использования цинка хлористого:

• при производстве огнезащитных средств, таких как огнестойкая пена, пропитка тканей и картона;
• в нефтедобывающей промышленности для глушения нефтяных скважин;
• в качестве антисептической пропитки древесины и железнодорожных шпал;
• в химической промышленности при производстве цианида цинка;
• в технологических процессах производства красителей;
• в металлургии при производстве алюминия и в процессах пайки стальных или медных корпусов, экранов, также в качестве флюса для очистки металлов перед пайкой;
• используется при приготовлении электролита для сухих элементов и гальванических ванн в гальванотехнике;
• в текстильной промышленности в качестве закрепителя краски при крашении тканей;
• в угледобывающей промышленности при проведении тестов проб угля на фракционный состав;
• в качестве катализатора в органическом синтезе при алкилировании, ацилировании по Фриделю-Крафтсу;
• при горячем цинковании (цинкование в расплаве цинка).

АННОТАЦИЯ

В статье приведены сведения о значимости соединений цинка, в частности хлористого цинка, рассмотрены некоторые его свойства и технологии получения.

Подробно изложены способы получения хлористого цинка и их апробация в лабораторных условиях. Введением гранул чистого цинка и пластинок в растворы хлоридов железа, меди и ртути получены растворы хлористого цинка.

Кристаллический хлористый цинк получен действием соляной кислоты на гидроксид цинка с последующей упаркой раствора. Действием хлорида бария на сульфат цинка и последующим отделением сульфата бария получен раствор хлористого цинка и затем кристаллический хлористый цинк.

Рассмотрены промышленные способы получения хлористого цинка из обожженной руды путем растворения в соляной кислоте, путем нагревания жидкого цинка в токе хлора, выщелачиванием цинковых кеков – отходов переработки цинкового концентрата растворами серной кислоты. Приведены требования, предъявляемые к хлориду цинка.

Делается заключение о возможности организации производства хлористого цинка, так как в республике для этого имеются все возможности.

ABSTRACT

Information about the importance of zinc compounds, in particular, zinc chloride is presented; some of its properties and production technologies are considered in the article.

Methods of obtaining zinc chloride and their approbation in laboratory conditions are described in detail. Solutions of zinc chloride are produced by the introduction of granules of pure zinc and plates into solutions of iron, copper and mercury chlorides.

Crystalline zinc chloride has been obtained by the action of hydrochloric acid on zinc hydroxide followed by evaporation of the solution. A solution of zinc chloride and then crystalline zinc chloride is obtained by the action of barium chloride on zinc sulfate and the subsequent separation of barium sulphate.

Industrial methods for the production of zinc chloride from calcined ore by dissolving in hydrochloric acid, by heating liquid zinc in a stream of chlorine, by leaching zinc cakes - waste from processing of zinc concentrate with solutions of sulfuric acid are considered. The requirements for zinc chloride are given.

The conclusion is made about the opportunity of organizing the production of zinc chloride since the country has all the possibilities.

Ключевые слова: хлористый цинк, пайка, осадок, соляная кислота, гидрометаллургия, вальцевание.

Keywords: zinc chloride; soldering; residue; hydrochloric acid; hydrometallurgy; roll bender.

Хлористый цинк широко применяется в Узбекистане, но на сегодняшний день не производится, несмотря на то что имеется большое количество сырьевых ресурсов цинка .

Соединения цинка имеют большое значение в металлургиче­ской, лакокрасочной и химической промышленности. Важнейшими из них являются цинковый купорос и хлорид цинка. Другие со­единения – окись и гидроокись, сульфид цинка и прочие – играют роль сырья, полупродуктов и продуктов в ряде производств. Здесь рассмотрены некоторые свойства главнейших соединений цинка и технология цинкового купороса и хлорида цинка.

Цинк хлористый технический (хлорид цинка) применяют как осушающее средство; для огнезащиты (огнестойкая пена, пропитка картона и тканей); для антисептической пропитки древесины, шпал; в производстве фибры; при получении ванилина и цианида цинка; в производстве красителей и крашении хлопка; при очистке нефти; в производстве алюминия; в процессе пайки, при цинковании и подготовке металлических изделий к хромированию; в гальванических батареях и для других целей.

При пайке стальных или медных корпусов, экранов или других крупных предметов, где использование других флюсов затрудняет пайку, используют только хлористый цинк.

Условия проведения экспериментов полностью имитируют производственные условия. Анализ исходной руды, промежуточных и конечных продуктов проводили известными и применяемыми на предприятии методами анализа .

В лаборатории хлорид цинка можно получить действием чистого цинка на растворы хлоридов некоторых металлов. Те металлы, которые стоят правее цинка в электрохимическом ряду напряжений, будут вытесняться им из соединений. Наиболее распространенные металлы, входящие в состав реактивов, – железо, медь, ртуть и серебро. Для проведения реакции в пробирку отбирается небольшое количество раствора хлорида железа (меди, ртути или серебра), затем туда добавляют гранулы чистого цинка или цинковую пластинку.

2 FeCl 3 + 3 Zn = 3 ZnCl 2 + 2 Fe

Так как раствор хлорида железа III имеет желтую окраску, то после проведения реакции раствор обесцвечивается, а чистое железо выпадает в осадок. Это является визуальным подтверждением успешного проведения реакции:

CuCl 2 + Zn = ZnCl 2 + CuHgCl 2 + Zn =
=ZnCl 2 + Hg 2AgCl + Zn = ZnCl 2 + 2 Ag

Другой лабораторный метод получения хлорида цинка – действие солей хлоридов некоторых металлов или соляной кислоты на соединения цинка. Для проведения реакции в пробирку заливается рассчитанное количество гидроксида цинка и добавляется эквивалентное количество соляной кислоты. После проведения реакции нейтрализации образуется бесцветный раствор хлорида цинка. Для получения вещества в сухом виде раствор переносится в фарфоровую чашку и ставится на электрическую плитку. После упаривания образуется белый осадок.

Zn(OH) 2 + 2 HCl = ZnCl 2 + 2 H 2 O

Необходимое количество раствора сульфата цинка отбирается в пробирку, и добавляется хлорид бария. При правильном расчете вещества реагируют между собой полностью (без остатка), и конечные продукты разделяют. Сульфат бария выпадет в осадок, а хлорид цинка останется в растворе. Осадок отфильтруют, а раствор выпарят.

ZnSO 4 + BaCl 2 = ZnCl 2 + BaSO 4 ↓

Производство цинка является одним из крупнейших металлургических производств. Общий объем производства цинка в мире составляет более 8 млн тонн в год. В Узбекистане основное количество цинка производит АО «Алмалыкский горно-металлургический комбинат».

Промышленный метод получения – растворение цинка и его соединений в соляной кислоте. В качестве исходного материала может выступать обожженная руда. В дальнейшем полученный раствор выпаривают, т. к. конечным продуктом, кроме хлорида цинка, будет вода или летучие газы .

Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 ZnO + 2 HCl =

ZnCl 2 + H 2 OZnS + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 S

Другой промышленный способ получения ZnCl 2 – нагревание жидкого цинка в токе хлора. Для этого гранулированный цинк расплавляют при температуре 419,6 °C (температура плавления цинка).

Zn + Cl 2 =t= ZnCl 2

Хлорид цинка, полученный методом воздействия соляной кислоты на обожженную руду и нагреванием жидкого цинка в токе хлора, должен отвечать следующим требованиям:

Паспорт качества (цинка хлорид):

В расчете издержек металлургических предприятий основную долю составляет стоимость извлекаемых металлов в приобретаемом сырье. Так, цена цинка в сульфидных цинковых флотоконцентратах может составить до 60% стоимости металла в слитках.

В гидрометаллургической технологии цинкового производства цинковые концентраты после обжига и выщелачивания образуют значительное количество (около 30-45%) твердого промпродукта – цинковых кеков, в которых, в зависимости от поступающего на обжиг сырья, содержится большое количество ценных компонентов – соединения цинка, свинца, меди, кадмия, серебро, золото, а также рассеянные элементы: таллий, индий и др. При этом до 80% индия, поступающего с исходным цинковым концентратом, переходит в кеки выщелачивания. Содержание цинка в кеках составляет около 15-25%, что сопоставимо с таковым в окисленных цинковых рудах, однако формы нахождения металла в кеках требуют особых методов их переработки.

По имеющимся данным, разработаны, а также получили промышленное распространение следующие основные технологии переработки цинковых кеков:

– Гидрометаллургические – в основном сводятся к выщелачиванию цинковых кеков растворами серной кислоты при повышенных температурах (70-200°С). Дальнейшая технология сводится к очистке получаемого раствора сульфата цинка от примесей, прежде всего от железа, с тем чтобы обеспечить его качество, необходимое для электролиза. Железо из раствора чаще всего выводится в отдельный, как «хвостовой», продукт.

– Пирометаллургические способы, использующие процессы, происходящие при температурах 400-1300°С. Основной метод пирометаллургической переработки – вельцевание, т. е. высокотемпературный обжиг во вращающихся трубчатых печах. Известны также технологии возгонки цинка в дуговой электропечи, магнетизирующий обжиг с последующим выщелачиванием огарков, хлорирующий обжиг в печах кипящего слоя.

В Республике Узбекистан имеются все возможности для производства хлористого цинка. Исходя из данных литературных источников и проведенных экспериментальных работ, можно сделать вывод о возможности получения хлористого цинка в производственных условиях.

Список литературы:
1. Бурриель-Марта Ф., Рамирес-Муньос X. Фотометрия пламени. – М.: Мир, 1972. – 520 с.
2. ГОСТ 20851.4-75. Удобрения минеральные. Метод определения воды. – М.: Издательство стандартов, 2000. – 5 с.
3. ГОСТ 20851.3-93. Удобрения минеральные. Методы определения массовой доли калия. – М.: Издательство стандартов, 1995. – 41 с.
4. ГОСТ 24024.12-81. Фосфор и неорганические соединения фосфора. Методы определения сульфатов. – М.: Издательство стандартов, 1981. – 4 с.
5. Методы анализа комплексных удобрений // М.М. Винник и др. – М.: Химия, 1975. – 218 с.
6. Получение хлористого цинка в производственных условиях / М.С. Росилов и др. // Кимё саноатида инно-вацион технологиялар ва уларни ривожлантириш истиқболлари. – Ургенч, 2017. – С. 222-223.
7. Получение хлористого цинка из цинксодержащих сырьевых ресурсов / М.С. Росилов и др. // Кимё саноати-да инновацион технологиялар ва уларни ривожлантириш истиқболлари. – Ургенч, 2017. – С. 220-221.
8. Росилов М.С., Самадий М.А. Исследование вельцевания цинковых кеков, обеспечивающей повышение из-влечения цинка в возгоны // Мат-лы ХI-Междунар. науч.-техн. конф. «Достижения, проблемы и современ-ные тенденции развития горно-металлургического комплекса» (Навои, 14-16 июня, 2017). – Навои, 2017. – 421 с.

Цинка хлорид (Хлористый цинк, Дихлорид цинка, Паяльная кислота) – химическое соединение цинка с хлором.

Физико-химические свойства.

Формула ZnCl 2 . Белый порошок. Плотность 2,91 г/см 3 . Температура плавления - 318°C. Плавленный препарат - прозрачная фарфоровая масса. Температура кипения 732°C. При 650÷700°C образуется густой белый дым возгоняющегося ZnCl 2 . Чрезвычайно гигроскопичен, влажный воздух, пропущенный над ZnCl 2 , содержит только 0,98 мг/л H 2 O. В интервале температур 12,5÷26°C может существовать в виде гидрата ZnCl 2 ×1,5H 2 O с температурой плавления 26°C, который очень хорошо растворяется в воде, этаноле, глицерине.

Растворимость цинка хлорида в различных растворителях

Применение.

Цинк хлористый (хлорид цинка) применяют:
- как осушающее средство;
- в пожарном деле для огнезащиты (огнестойкая пена, пропитка картона и тканей);
- для антисептической пропитки древесины, шпал;
- в производстве фибры;
- в химической промышленности при получении ванилина и цианида цинка;
- в технологических процессах производства красителей и крашении хлопка;
- в нефтяной промышленности при очистке нефти;
- в металлургии при производстве таких металлов как алюминий, в процессах пайки, при подготовке металлических изделий к цинкованию и хромированию;
- в гальванических батареях и для других целей.

Активированный уголь - продукт термообработки углеродосодержащего сырья (древесина, торф, каменный уголь), имеющий пористую структуру и за счет этого большую площадь поверхности. Используется для очистки газов и жидкостей от примесей.

Применение хлорида цинка в технологии производства активированного угля позволяет получать активированный уголь с высокими техническими показателями.

Например, для активированного угля из березовых опилок обработка хлоридом цинка позволяет увеличить удельную поверхность в 20 раз с 50 м 2 /г до 1000 м 2 /г по сравнению с необработанным активированным углем.

Технология производства активированного угля с применением хлорида цинка для березовых опилок размером 5 мм производится в три стадии.

1. В начале исходный материал пропитывается водным раствором хлорида цинка (на 1 кг опилок 0,5 кг хлорида цинка). Затем производится сушка в течении 50-70 часов при температуре 102-105 °С. Сушка производится до момента, когда вес материала прекратит снижаться.

2. Термообработка (карбонизация) производится в горизонтальном проточным реакторе в потоке аргона при 25–800 °С при скорости нагрева 10 °С/мин и выдержке при конечной температуре – 30 мин. с горизонтальным проточным реактором в токе аргона

3. Промывка продуктов водой в течение 1,5 ч при температуре 60 град.С до нейтральной среды.

Этот продукт имеет размер пор 0,5-3 мкм и волокнистую текстуру. Удельная поверхность 1000 м 2 /г.

Электролитические цинк-кобальтовые покрытия используют взамен кадмиевых покрытий в судостроительстве. Эти покрытия обладают высокой коррозионной устойчивостью в условиях морской атмосферы, но в отличии от кадмиевых покрытий - дешевле и менее токсичны.

Нанесение покрытия цинк-кобальт осуществлялось из электролита следующего состава (г/л):

Хлорид цинка (в пересчете на металл) 30-40;

Хлорид кобальта (II) (в пересчете на металл) 10-20;

Хлорид аммония 20-260;

Борная кислота 20-30;

Костный клей 2-3.

Приготовление электролита для электроосаждения сплава цинк-кобальт под замену токсичного электролита кадмирования осуществляют следующим образом:

1) Растворяют расчетное количество хлорида аммония и раствор вводят в гальваническую ванну;

2) Растворяют в отдельной емкости расчетное количество хлорида цинка и вводят в раствор хлорида аммония;

3) Растворяют хлорид кобальта и вводят в раствор хлорида аммония;

4) В электролит вводят расчетное количество борной кислоты, которую предварительно растворяют в горячей воде.

Электролит необходимо выдержать в течение суток для образования комплексов цинка и кобальта. Электролит фильтруют, доводят рН электролита до требуемого значения и прорабатывают при плотности тока 0,5-0,7 А/дм 2 в течение 2-3 часов. Затем вводят добавку ЦКН-3 или клей. Клей необходимо предварительно замочить в теплой воде (t=40-45 °С). После введения клея или добавки электролит необходимо прорабатывать в рабочем режиме в течение 1 часа до получения покрытия требуемого качества.

Корректировка электролита производится по данным химического анализа по цинку и кобальту. В электролит вводят комплексную соль цинка и кобальта. Добавление клея или ЦКН-3 проводится по внешнему виду покрытия. рН электролита корректируют добавлением гидроксида аммония или соляной кислоты (1:2).

Изготовления лабораторных образцов покрытия цинк-кобальт:

1) Образец под покрытие подвергается обезжириванию в щелочной среде;

2) Промывка образца в дистиллированной воде при температуре 298К;

3) Травление образца производится в растворе кислот, состав которого зависит от материала-основы. В случае медного образца травление производится в смеси азотной и соляной кислот. В случае стальной основы травление производится в соляной кислоте;

4) Промывка образца в дистиллированной воде при температуре 298К.

Насыщенный раствор цинка хлорида применяют в качестве флюса при пайке мягкими малооловянистыми припоями ПОС-18, ПОС-30 и др. Этот флюс применяют в случаях, когда коррозионное воздействие остатков флюса не имеет значение и от спая не требуется особой прочности. Таким способом паяют изделия из цинка, оцинкованного железа, железа, латуни, меди.

Хлорид цинка входит в состав пастообразного флюса для пайки нержавеющей стали твердыми припоями. Этот флюс производится следующим образом. В равных количествах смешиваются кристаллические натрий тетраборат и борная кислота. Затем порошкообразная смесь вводится в насыщенный водный раствор хлорида цинка до получения пастообразной консистенции.

Кроме этого цинка хлорид применяют совместно с аммония хлоридом в качестве флюса при плавке и заливке подшипников скольжения на основе кадмиевых сплавов.

Древесина является малоустойчивым материалом к гнили (заражения спорами дереворазрушающих грибов).

Для эксплуатации деревянных изделий вблизи источников грибковой инфекции (температура от +2 до +45 °С, влажность более 25%) применяют пропитку древесины антисептиком - насыщенным раствором хлорида цинка. Например, средняя продолжительность службы ж.д. шпал при пропитке хлористым цинком составляет: сосна - 15 лет; ель, бук - 10 лет; дуб - 18 лет. Пропитку производят под давлением или в открытых ваннах погружением.

Получение.

Хлорид цинка получают растворением цинка или его окиси в соляной кислоте с последующим выпариванием растворов или методом нагревания жидкого цинка в токе хлора.

Цинк хлористый, несмотря на его небезопасность для кожных покровов и дыхательных органов человека, является достаточно полезным и широко используемым средством. Его применение основано на специфических химических свойствах как осушающего и огнестойкого вещества.

Хлористым цинком пропитывают ткани и бумагу, тем самым обеспечивая их пожаробезопасность. Он способен прекрасно защитить древесину от различных болезнетворных микроорганизмов, что находит применение практически во всех направлениях строительства. В промышленности хлорид цинка неоценим в качестве красителя для натуральных изделий, а также при производстве резинотехнических изделий, фибры, ванилина и пр.

Не обходит своим вниманием цинк хлористый и тяжелая промышленность. С его использованием в настоящее время эффективно можно очищать нефтепродукты, плавить высококачественный алюминий, оцинковывать, лудить, свинцевать и хромировать металлические изделия, осуществлять гальванические процессы.

Производство хлористого цинка осуществляют выпариванием раствора цинка (или оксида цинка) с соляной кислотой. В качестве цинковой составляющей можно использовать отходы цветных металлов — цинкового лома, пыли, а также специфических отходов текстильной промышленности, называемых окшара.

О мерах безопасности при работе с хлористым цинком

Учитывая высокую степень опасности для человека и невозможность полностью автоматизировать производственные линии, при любых действиях с хлористым цинком следует придерживаться строгих требований охраны труда:

1. Работать с веществом надо в прорезиненных перчатках, обуви, фартуке и защитных очках.
2. В помещении всегда должна работать вентиляция.
3. Нельзя сосуды с веществом оставлять открытыми.
4. Запрещается принимать пищу в помещениях, где ведутся работы с веществом.
5. Нельзя промывать уголь, обработанный веществом, сильной струей воды во избежание появления брызг.
6. Нельзя в работе применять поврежденные сосуды и приборы.
7. При попадании раствора вещества на кожу нужно срочно промыть водой с добавлением небольшого количества соды.

Поскольку цинк хлористый исключительно гигроскопичен, то для его упаковки используют полипропиленовые мешки или двухслойные бумажные мешки с полипропиленовым внутренним слоем.

Применение цинка хлористого

• используется в текстильной и машиностроительной промышленности,
• используется при приготовлении электролита для сухих элементов и гальванических ванн в гальванотехнике,
• флюсов для горячего цинкования, лужения, свинцевания;
• флюсов для ручной и машинной пайки;
• при производстве фибры, для антисептирования древесины, как добавки при вулканизации каучука,
• как растворитель целлюлозного корда при регенерации резины,
• в химическом синтезе как обезвоживающий агент и катализатор.

Хлористый цинк — особенности

Хлорид цинка очень активно впитывает влагу, поэтому при хранении и транспортировке используют п/п или бумажные мешки с дополнительным герметичным полиэтиленовым вкладышем.

Стандартные показатели качества хлористого цинка

Внешний вид хлористого цинка

Кристаллический порошок белого цвета. Пожаровзрывобезопасен.

Гарантийный срок хранения — 3 года со дня изготовления.