[xīn]  

编辑 锁定 讨论999
锌是一种化学元素,它的化学符号是Zn,它的原子序数是30,在化学元素周期表中位于第4周期、第ⅡB族 。锌(Zinc)是一种浅灰色的过渡金属,也是第四"常见"的金属。在现代工业中,锌是电池制造上有不可替代的,为一相当重要的金属。此外,锌也是人体必需的微量元素之一,起着极其重要的作用。
中文名
英文名
zinc
分子量
65.409(原子量)
CAS登录号
7440-66-6
熔    点
419.53℃
沸    点
907℃
密    度
7.14 g·cm−3
应    用
电池、汽车、电力、电子及建筑等
物    态
固态
熔化热
7.32 kJ·mol−1
汽化热
123.6 kJ·mol−1
比热容
25.470 J·mol−1·K−1
电负性
1.65(鲍林标度)
原子半径
134 pm
共价半径
122±4 pm
范德华半径
139 pm
晶体结构
六方密排晶格
磁    序
抗磁性
电阻率
(20 °C)59.0 n Ω·m
热导率
116 W·m−1·K−1
膨胀系数
(25 °C)30.2 µm·m−1·K−1
杨氏模量
108 GPa
剪切模量
43 GPa

基本信息

编辑
锌(中文读音:xīn),它的名称“zinc”来源于拉丁文Zincum,意思是“
图1 锌 图1 锌
白色薄层”或“白色沉积物”。化学符号是Zn,它的原子序数是30,相对原子质量为65。锌是一种银白色略带淡蓝色金属密度为7.14克/立方厘米,熔点为419.5℃。在室温下,性较脆;100~150℃时,变软;超过200℃后,又变干。锌的化学性质活泼,在常温下的空气中,表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜,可阻止进一步氧化。当温度达到225℃后,锌剧烈氧化
锌在空气中很难燃烧,在氧气中发出强烈白光。锌表面有一层氧化锌,燃烧时冒出白烟,白色烟雾的主要成分是氧化锌,不仅阻隔锌燃烧,会折射焰色形成惨白光芒。锌易溶于,也易从溶液置换等。锌的氧化膜熔点高,但金属锌熔点却很低,所以在酒精灯上加热锌片,锌片熔化变软,却不落下,正是因为氧化膜的作用。锌主要用于钢铁冶金机械电气化工轻工、军事和医药等领域。
管制信息:锌粉别名锌粒、高纯锌、无砷锌等属于易制爆物品,根据《危险化学品安全管理条例》受公安部门管制。

理化性质

编辑

理化常数

图5 锌粒 图5 锌粒
相对原子量
相对原子量65.409(初中阶段一般取65)
锌的性质
锌是一种蓝白色金属。当温度达到225℃后,锌氧化激烈。锌易溶于酸,也易从溶液中置换金、银、铜等。锌在自然界中,多以硫化物状态存在。主要含锌矿物是闪锌矿。也有少量氧化矿,如菱锌矿,如菱锌矿和异极矿
原子半径
原子半径(计算值) 135(142)pm
共价半径 131 pm
图6 碱性锌锰电池 图6 碱性锌锰电池
范德华半径 139 pm
含量(ppm)
元素在太阳中的含量:2
元素在海水中的含量:0.00005(微量元素
地壳中含量:75(微量元素)
晶体结构:密排六方体
原子核外电子排布:2,8,18,2
核电荷数:30
图7 安瓿中的锌 图7 安瓿中的锌
氧化态
主氧化态:+2
其它:+1
电离能(单位: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
晶胞参数
a = 266.49 pm
b = 266.49 pm
c = 494.68 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°同位素
丰度
半衰期
衰变模式
衰变能量MeV
衰变产物
64Zn
48.6%
稳定
65Zn
人造
244.26天
电子捕获
1.352
65Cu
66Zn
27.9%
稳定
67Zn
4.1%
稳定
68Zn
18.8%
稳定
72Zn
人造
46.5小时
β衰变
0.458
72Ga
其它属性
常见的含有锌的合金:马口铁---镀锡薄钢板;黄铜----锌和铜的合金,早被古人利用。黄铜的生产可能是冶金学上最早的偶然发现之一。
体积 9.16×10^(-6) m3 /mol
声速 3700 m/s(293.15K)
电负性1.65(鲍林标度)
比热容 390 J/(kg·K)
电导率 16.6×106/(m·Ω)
热导率 116 W/(m·K)
莫氏硬度:2.5
汽化热115.3 kJ/mol
熔化热 7.322 kJ/mol
蒸气压 192.2 Pa(692.73K)

化学性质

锌的化学性质与铝相似,所以,通常可以由铝的性质,推断锌的化学性质(两性)。
①单质锌,即可与反应,又可与反应。
②氧化锌和氢氧化锌,既可溶于酸,又可溶于碱。
单质锌
2Zn+O2=====2ZnO (1273K)
Zn + 2NaOH==Na2ZnO2+H2
Zn+X2===ZnX2 (X=F、Cl、Br、I)(加热条件下)
3Zn+2P====Zn3P2 (873K)
Zn+S===ZnS(加热条件下)
Zn+4NH3+2H2O=====[Zn(NH3)4 ](OH)2+H2
Zn+2HCl===ZnCl2+H2
Zn+2H2SO4(浓)===ZnSO4+SO2↑+2H2O
Zn+H2SO4(稀)===ZnSO4+H2
氢氧化锌
Zn(OH)2 + 2H+ == Zn2+ + 2H2O
Zn(OH)2 + 2OH- ==[ Zn(OH)4]2-
Zn(OH)2+4NH3H2O=(Zn(NH3)4)2+ +2OH- +4H2O
Zn(OH)2==ZnO+H2O
[Zn(NH3)4]2+ +2OH-== Zn(OH)2 + 4NH3
氯化锌
ZnO+2HCl==ZnCl2+H2O
ZnCl2+2H2O===Zn(OH)Cl+2HCl (加热条件下)
ZnCl2+2H2O=H2[ZnCl2(OH)2]
FeO+ H2[ZnCl2(OH)2]==Fe[ZnCl2(OH)]2+H2O
Zn+CuCl2=ZnCl2+Cu
硫化锌
2ZnO+2S==2ZnS+O2
Zn2+ + (NH4)S ==ZnS + 2NH4+
ZnSO4+BaS==ZnS+BaSO4
Zn2+ + H2S ==ZnS + 2H+
硝酸锌
1)Zn+4HNO3(浓)==Zn(NO3)2+NO2↑+2H2O
2)3Zn+8HNO3(较浓)==3Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O
3)4Zn+10HNO3(稀)==4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O
4) 4Zn + 10HNO3(极稀) ==4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
锌的配合物
(a)[Zn(NH3)4]2+
(b) [Zn(CN)4]2- [1] 

制备方法

编辑
将锌矿或闪锌矿在空气中煅烧成氧化锌,然后用炭还原即得(纯度较低);
或将氧化锌和焦炭混合,在鼓风炉中加热致1373K~1573K,使锌蒸馏出来(纯度约98%);
或用硫酸浸出成硫酸锌后,通过控制PH,使锌溶解为硫酸锌而铁砷锑等杂质水解转化为沉淀进入浸出渣中,加入锌粉除去滤液里的铜镉等杂质,再用电解法将锌沉积出来,后者所制取的锌纯度较高(约99.99%) [2] 

发现历史

编辑
锌被罗马人所知,但很少使用。它第一次以其金属自身被认可是在
图2 元素周期表中的锌 图2 元素周期表中的锌
印度,在拉贾斯坦邦的Zawar有一个锌熔炉有大量的锌,证明了大规模的精炼在1100年到1500年。
锌的大规模精炼在中国进行,于16世纪。东印度公司的船在瑞典的海岸沉没,于1745年,其运载的货物是中国的锌,分析了回收的铸锭证明了它们是几乎纯净的金属。
在1668年,佛兰德的冶金家P. Moras de Respour,从氧化锌中提取了金属锌,但欧洲认为锌是由德国化学家Andreas Marggraf在1746年发现的,而且的确是他第一个确认了其是一种新的金属。

历史记载

编辑
锌也是人类自远古时就知道其化合物元素之一。锌矿石和铜熔化
图4 锌制品 图4 锌制品
制得合金——,早为古代人们所利用。但金属状锌的获得比铜、铁、锡、铅要晚得多,一般认为这是由于碳和锌矿共热时,温度很快高达1000 ℃以上,而金属锌的沸点是906℃,故锌即成为蒸气状态,随烟散失,不易为古代人们所察觉,只有当人们掌握了冷凝气体的方法后,单质锌才有可能被取得。
世界上最早发现并使用锌的是中国,在10~11世纪中国是首先大规模生产锌的国家。明朝末年宋应星所著的《天工开物》一书中有世界上最早的关于炼锌技术的记载。1750~1850年人们已开始用氧化锌和硫化锌来治病。
1869年Raulin发现锌存在于生活机体中,并为生活机体所必需。1963年报告了人体的锌缺乏病,于是锌开始列为人体必需营养素。锌的生产过程非常简单,将炉甘石(即菱锌矿石)装满在陶罐内密封,堆成锥形,罐与罐之间的空隙用木炭填充,将罐打破,就可以得到提取出来的金属锌锭。
另外,我国化学史和分析化学研究的开拓者王链(1888—1966)在1956年分析了唐、隋、明、清等古钱后,发现宋朝的绍圣钱中含锌量高,提出中国用锌开始于明朝嘉靖年间的正确的科学结论。锌的实际应用可能比《天工开物》成书年代还早。

资源分布

编辑
锌的单一锌矿较少,锌矿资源主要是铅锌矿。中国铜锌矿资源比较丰富,全国除上海天津香港外,均有铅锌矿产出。产地有700多处,保有铅总储量3572万吨,居世界第4位;锌储量9384万吨,居世界第4位。从省际比较来看,云南铅储量占全国总储量17%,位居全国榜首。广东、内蒙古、甘肃、江西、湖南、四川次之,探明储量均在200万吨以上。全国锌储量以云南为最,占全国21.8%;内蒙古次之,占13.5%;其他如甘肃、广东、广西、湖南等省(区)的锌矿资源也较丰富,均在600万吨以上。铅锌矿主要分布在滇西兰坪地区、滇川地区、南岭地区、秦岭-祁连山地区以及内蒙古狼山-渣尔泰地区。从矿床类型来看,有与花岗岩有关的花岗岩型(广东连平)、夕卡岩型(湖南水口山)、斑岩型(云南姚安)矿床,有与海相火山有关的矿床(青海锡铁山),有产于陆相火山岩中的矿床(江西冷水坑和浙江五部铅锌矿),有产于海相碳酸盐(广东凡口)、泥岩-碎屑岩系中的铅锌矿(甘肃西成铅锌矿),有产于海相或陆相砂岩和砾岩中的铅锌矿(云南金顶)等。铅锌矿成矿时代从太古宙到新生代皆有,以古生代铅锌矿资源力量丰富。

市场状况

编辑
金融危机之后各国纷纷推出救市计划,各大央行也陆续释放流动性,美国持续量宽、中国推出四万亿以促使经济复苏,充裕的流动性使得金融属性占据主要地位推升2010年锌价不断走高。《2013-2017年中国锌行业竞争态势及投资发展预测报告》,全球经济趋于稳定,美国缓慢复苏,市场上关于QE3退出的预期逐渐增强,倘若美国经济政策发生改变,美元将会走强,锌价受其影响较大。但同时值得注意的是,经济复苏也在一定程度上带来需求恢复,两种属性的博弈将共同决定锌价未来走势。
美国金融危机后通过持续宽松的货币政策促进经济和就业增长,尽管货币宽松政策的边际效用递减,但可以看到的是,美国GDP增速的低速增长和就业市场的缓慢好转表明,美国经济正在弱势复苏。美国经济复苏以及房地产市场的回暖带动对锌的需求上升,但这种弱势复苏态势仍比较脆弱,对锌需求带动也有限。

质量指标

编辑
等 级
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
≧40
≦2.0
≦2.5
≦14.0
8
≧40
≦2.0
≦2.8
≦18.0

产品用途

编辑
世界上锌的全部消费中大约有一半用于镀锌,约10%用于黄铜和青铜,不到10%用于锌基合金,约7.5%用于化学制品,约13%用于制造干电池,以锌饼、锌板形式出现。国际铅锌研究组预测,2004年全球锌消费量会比2003年的985万t增长4.8%,2005年将再增长4.3%,预计2005年中国将占世界锌消费总量的四分之一,它的消费增长的部分原因是镀锌钢用量的增长。相比之下,美国可能只占全球锌需求的十分之一。
(1)镀锌有优良的抗大气腐蚀性能,在常温下表面易生成一层保护膜,因此锌最大的用途是用于工业。被主要用于钢材和钢结构件的表面镀层(如镀锌板),广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工等行业。21世纪后西方国家开始尝试直接用锌合金板做屋顶覆盖材料,其使用年限可长达120-140年,而且可回收再用,而用镀锌铁板作屋顶材料的使用寿命一般为5-10年。21世纪后,钢带热浸镀锌量有显著增长。电镀锌也有使用,但该法一般用于较薄的镀层和不同的表面光洁度。使用含锌粉的涂料是涂层的另一种方法;对于与水连续接触的物体,如用于船舶、桥梁和近海油气井架的大的钢构件,只须和大的锌块连接,便可得到保护,不过锌块要定期更换。
(2)锌合金用于汽车制造和机械行业。锌具有适用的机械性能。锌本身的强度和硬度不高,但加入铝、铜等合金元素后,其强度和硬度均大为提高,犹其是锌铜钛合金的出现,其综合机械性能已接近或达到铝合金、黄铜、灰铸铁的水平,其抗蠕变性能也大幅度被提高。因此,锌铜钛合金已被广泛应用于小五金生产中。主要为压铸件,用于汽车、建筑、部分电气设备、家用电器、玩具等的零部件生产。许多锌合金的加工性能都比较优良,道次加工率可达60%-80%。中压性能优越,可进行深拉延,并具有自润滑性,延长了模具寿命,可用钎焊或电阻焊或电弧焊(需在氦气中)进行焊接,表面可进行电镀、涂漆处理,切削加工性能良好。在一定条件下具有优越性。一般用于机械制造业。含少量铅镉等元素的锌板可制成锌锰干电池负极、印花锌板、有粉腐蚀照相制板和胶印印刷板等。
(3)锌可以用来制作电池。例如:锌锰电池以及锌空气蓄电池
锌锰电池:锌作为负极活性物质,兼作电池的容器和负极引电体,是决定电池贮存性能的主要材料。在锌片中含有少量的镉和铅。镉能增强锌的强度,铅能改进锌的延展加工性能。镉与铅均能提高氢在锌电极上的过电位,减少锌电极的自放电,减缓锌片的腐蚀和氢气的释放。锌片中若含有Cu、Fe、Ni等,将降低H2在锌电极上析出的过电位,加速电池在贮存过程中的自放电,因此这些有害杂质必须严格控制。
锌空气蓄电池:锌空气电池又称锌氧电池,是金属空气电池的一种。锌空气电池比能理论值是1350W·h/kg,最新的电池比能量已达到了230Wh/kg,几乎是铅酸电池的8倍。可见锌空气电池的发展空间非常大。锌空气电池一般采取抽换锌电极的办法进行“机械式充电”。更换电极的时间在几分钟即可完成。换上新的锌电极,“充电”时间极短,非常方便。如此种电池得到发展,省去了充电站等社会保障设施的兴建。锌电极可在超市、电池经营点、汽配商店等购买,对普及此电池电动车十分有利。这种电池具有体积小,电荷容量大,质量小,能在宽广的温度范围内正常工作,且无腐蚀,工作安全可靠。只是锌电极在电解还原过程中,比较耗能,每吨氧化锌还原成锌需要消耗2500度电,所以用在电动汽车上,成本较高。试验电池的电荷容量仅是铅酸电池的5倍,不甚理想。但5倍于铅酸电池的电荷量已引起了世人的关注,美国、墨西哥,新加坡及一些欧洲国家都已在邮政车、公共汽车、摩托车上进行试用,也是一极有前途的电动车用电池。
此外,锌具有良好的抗电磁场性能。锌的导电率是标准电工铜的29%,锌板是一种非常有效的屏蔽材料,同时由于锌是非磁性的,适合做仪器仪表零件的材料及仪表壳体及钱币,同时,锌自身及与其他金属碰撞不会发生火花,适合作井下防爆器材。广泛用于橡胶 、涂料、搪瓷、医药、印刷、纤维等工业。锌具有适宜的化学性能。锌可与NH4CI发生作用,放出H+离子。锌-二氧化锰电池正是利用锌的这个特点,用锌合金做电池的外壳,既是电池电解质的容器,又参加电池反应构成电池的阳极。它的这一性能也被广泛地应用于医药行业。与酸或强碱都能发生反应,放出氢气肥(硫酸氯化)有促进植物细胞呼吸、碳水化合物的代谢等作用。粉、钡白铬黄可作颜料。氧化还可用于医药、橡胶、油漆等工业。

国内生产基地

编辑
中国铅锌业生产布局,依据铅锌矿产地的分布和建设条件,经 40多年来的发展、建设,现已形成东北、湖南、两广、滇川、西北等五大铅锌采选冶和加工配套的生产基地,其铅产量占全国总产量的85%以上,锌产量占全国总产量的95%。
1.东北铅锌生产基地。东北地区是我国开发较早的铅锌生产基地之一。早在 50年代初期,其铅产量占全国铅产量的80%以上,在中国铅锌生产居于重要地位。东北基地以七矿两厂为主,即青城子铅锌矿、八家子铅锌矿、柴河铅锌矿(现已闭坑)、桓仁铜锌矿、红透山铜锌矿、西林铅锌矿、天宝山铅锌矿和沈阳冶炼厂、葫芦岛锌厂。七矿两厂不仅是东北铅锌生产基地的支柱厂矿,也是培养造就科技人才的基地。六七十年代曾向全国新建的铅锌企业输送大批具有实践经验的科技和管理人才以及生产技术工人,为中国铅锌业的发展做出了积极贡献。
2.湖南铅锌生产基地。湖南铅锌矿产资源丰富,而且富矿多,大部分矿产地可开发利用。该基地铅锌厂矿是五六十年代建成的,由水口山矿务局、桃林铅锌矿、黄沙坪铅锌矿、东坡铅锌矿和株洲冶炼厂等组成的湖南铅锌生产基地,是全国自产原料的全国最大的铅锌生产基地,在全国产量占有重要地位。
3.两广铅锌生产基地。广东、广西两省区的铅锌资源丰富,两省区是 70年代形成的我国大型铅锌生产基地之一。广东以凡口铅锌矿和韶关冶炼厂为主,其次是丙村铅锌矿、昌化铅锌矿、大尖山铅锌矿。广西有泗顶铅锌矿、大新铅锌矿、河三铅锌矿、柳州锌品厂和大厂矿务局等。
4.滇川铅锌生产基地。云南铅锌矿产资源十分丰富,铅锌保有储量均居全国之首。该基地铅锌企业也是五六十年代建成的,主要是会泽铅锌矿、澜沧老厂铅锌矿和昆明冶炼厂、个旧鸡街冶炼厂。云南铅锌矿产资源具有广阔的开发前景, 90年代开始兴建超大型铅锌矿床金顶矿山。四川有会东铅锌矿、会理铅锌矿两个主要矿山以及一批中小型矿山,21世纪以来铅锌精矿产量猛增。
5.西北铅锌生产基地。西北地区铅锌矿产资源也很丰富,主要分布在甘陕青三省,而且西成矿带经勘查储量又有大幅度的增长,资源前景十分可观。该基地铅锌生产以白银有色金属公司为主,有白银厂小铁山铅锌矿、第三冶炼厂和西北铅锌冶炼厂,陕西有铅硐山铅锌矿、二里河铅锌矿、银洞梁铅锌矿等和青海锡铁山矿务局。西北铅锌产量较少,但开发前景可观。一是有丰富的铅锌矿产资源,位于甘陕交界的西成 -凤太矿带,经近20余年勘查出10多个大中型铅锌银金矿床,其中厂坝-李家沟铅锌达到超大型规模,银达到大型。二是厂坝正在抓紧建设一座大型矿山,将成为西北冶炼厂主要矿物原料供给基地,是全国大型铅锌矿山之一。
除上述五大铅锌生产基地外,内蒙古、江西、贵州等省区也建设了一批中小型矿山。其中内蒙古梧桐花铅锌矿、白音诺铅锌矿、翁牛特旗硐子铅锌矿等矿山。内蒙古是全国生产铅锌精矿主要省区之一,开发前景巨大。江西有银山铅锌矿等。贵州有赫章铅锌矿、杉树林铅锌矿等。

产品危害

编辑
侵入途径:吸入、食入。
吸入会引起口渴、干咳、头痛、头晕、高热、寒战等。粉尘对眼有刺激性。口服刺激胃肠道。长期反复接触对皮肤有刺激性。

安全措施

编辑
1.贮于阴凉干燥处,远离火种、热源。
2.与氧化剂、胺类、硫、磷、酸碱类分储。
3.灭火:干粉、干砂。禁用水和泡沫

锌与健康

编辑

锌的生理功能

维持人体正常食欲
缺锌会导致味觉下降,出现厌食、偏食甚至异食。
增强人体免疫力
锌元素是免疫器官胸腺发育的营养素,只有锌量充足才能有效保证胸腺发育,正常分化T淋巴细胞,促进细胞免疫功能。
锌有帮助生长发育、智力发育、提高免疫力的作用,缺乏锌会对我们的身体,特别是生长发育造成严重影响,所以,补充足够的锌是生长发育,智力发育必须的。平时除了饮食要均衡外,别忘了适当补充营养。

缺锌症状表现

儿童
味觉障碍:厌食、偏食或异食;
皮肤疾患:易患口腔溃疡,受损伤口不易愈合,青春期痤疮等;
生长发育不良:身材矮小、瘦弱;
免疫力下降,经常感冒、发烧;
孕妇
妊娠反应加重:嗜酸,呕吐加重
宫内胎儿发育迟缓:导致早产儿、低体重儿
分娩合并症增多:产程延长、流产

推荐摄入量

年龄(岁)RNI(mg)UL(mg)
0~1.5
0.5~8.013
1~9.023
4~12.023
7~13.528
男 女男 女
11~18.0 15.037 34
14~19.0 15.542 35
18~15.0 11.545 37
5011.5 11.537 37
孕妇35
早期11.5
中期16.5
晚期16.5
乳母21.535
[3] 
词条图册 更多图册
参考资料
  • 1.    北京师范大学,南京师范大学,华中师范大学,无机化学教研所.无机化学(第四版) :高等教育出版社,1992
  • 2.    贾兆霖.锌的冶炼与资源再生[J].世界有色金属,2018(14):13-14
  • 3.    顾景范 杜涛玢 郭长江.现代临床营养学(第二版).北京:科学出版社,2009年:280
词条标签:
中国食品科学技术学会 学科