при какой температуре испаряется цинк с металла
Температура плавления цинка, свойства и применение металла
Цинк — хрупкий металл белого цвета с голубым оттенком. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой. Латунь (медно-цинковый сплав) использовали ещё до нашей эры в Древней Греции и Древнем Египте. На сегодняшний день цинк — один из самых важных для многих отраслей человеческой деятельности. Он незаменим в промышленности, медицине. Важен для нормального функционирования человеческого организма
Химические и физические свойства и история металла
Несмотря на использование с давних времён в различных целях, чистый цинк получить никак не удавалось. Только в начале восемнадцатого века Уильям Чемпион сумел открыть способ выделения этот элемент из руды с помощью дистилляции. В 1838 году он запатентовал своё открытие, а спустя 5 лет, в 1843 году, Уильямом Чемпионом был запущен первый в истории завод по выплавке этого металла. Спустя некоторое время Андреас Сигизмунд Маргграф открыл ещё один метод. Этот способ был признан более совершенным. Поэтому именно Маргграфа зачастую считают открывателем чистого цинка. Последующие открытия только поспособствовали расширению его популярности.
Месторождения и получение
Самородного цинка в природе не существует. Сегодня используется около 70 минералов, из которых его выплавляют. Самый известный — сфалерит (цинковая обманка), который содержится в незначительных количествах в организме человека и животных, а также в некоторых растениях. Больше всего — в фиалке.
Цинковые минералы добывают в Казахстане, Боливии, Австралии, Иране, России. Лидеры по производству — Китай, Австралия, Перу, США, Канада, Мексика, Ирландия, Индия.
На сегодняшний день самый популярный метод получения чистого металла — электролитический. Чистота получаемого металла почти стопроцентная (возможны лишь небольшие примеси в объёме не более нескольких сотых процента. В целом они незначительны, поэтому такой цинк считается чистым).
Общее производство цинка во всём мире оценивается примерно в более чем десять миллионов тонн в год.
Свойства металла и использование в производстве
Цвет чистого металла — серебристо-белый. Довольно хрупок при температуре двадцать-двадцать пять градусов (т.е. комнатной), особенно если содержит примеси. При нагревании до 100 — 150 градусов по Цельсию металл становится пластичным и ковким. При разогревании выше чем сто-сто пятьдесят градусов хрупкость опять возвращается.
Металл цинк занимает четвертое место по использованию в различных сферах производства:
Содержание в организме человека и продуктах питания
Организм человека обычно содержит около двух граммов цинка. Многие ферменты содержат в себе этот металл. Элемент играет роль в синтезе важных гормонов, таких как тестостерон и инсулин. Элемент крайне необходим для полноценного функционирования мужских половых органов. Кстати, он даже помогает нам справиться с сильным похмельем. С его помощью выводится из нашего организма лишний алкоголь.
Недостаток цинка в рационе может привести к множеству нарушений функций организма. Такие люди подвержены депрессии, постоянной усталости, нервозности. Дневная норма для взрослого мужчины — 11 миллиграммов в день, для женщины — 8 миллиграмм.
Содержание в продуктах (в миллиграммах на 100 грамм продукта):
Избыток элемента в человеческом организме также приводит к серьёзным проблемам, поэтому не стоит хранить продукты в цинковой посуде.
При какой температуре оцинковка выделяет вредные вещества
На сегодняшний день горячее цинкования является приоритетом для всех производителей метизов. Такая популярность обуславливается приемлемыми ценами на цинк, максимумом защиты от ржавчины и деформации, долгим сроком службы оцинкованных изделий. При работе в цеху следует следовать правилам безопасности – данный метод не является безобидным для здоровья человека, существует также и вредность горячего цинкования.
Особенности процесса оцинковывания
Каждому этапу процедуры горячего цинкования сопутствуют работы с химическими веществами, которые имеют потенциальную опасность для экологии и для человеческого организма. Из-за вредности горячего цинкования заводы с цехами, где проводят обработку металлов, строят в отдалении от заселенной территории. Многие предприятия осуществляют предварительную подготовку металлоизделий в специальных капсулах, не пропускающих химические испарения наружу.
Техника безопасности для сотрудников
Рабочие цеха должны быть внимательны к любым мелочам на производстве:
Готовые металлоконструкции не способны причинить вред окружающей среде и здоровью человека. Оцинкованные поверхности не выделяют токсинов. Обычно предприятия правильно утилизируют химические отходы, поэтому горячее цинкование может навредить только сотрудникам цеха, но не природе.
В промышленности используется металлический цинк и его соединения. Оксид цинка ZnO применяют в качестве пигмента для белых красок, в производстве резины, стекла, керамики, спичек, зубного цемента, косметических средств, а также в качестве наполнителя резины и в гальванопластике.
В рабочих помещениях ZnO может присутствовать также в виде высокодисперсного аэрозоля конденсации при технических процессах, связанных с нагреванием цинка выше температуры его плавления. Хлорид и сульфат цинка применяют для консервирования древесины, в целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве вискозного волокна, цинковых минеральных красок, в качестве флюса при горячем цинковании, лужении, пайке.
Металлический цинк и его соединения в производственных условиях поступают в организм главным образом через органы дыхания и частично через пищеварительный тракт в результате заглатывания пыли. Более всего изучено токсическое действие паров цинка и мелкодисперсного аэрозоля, которые образуются в процессе плавления металла оксида цинка. При их вдыхании в значительных концентрациях может возникать проф. заболевание – так называемая цинковая, или литейная лихорадка. Растворимые соли цинка оказывают значительное прижигающее действие на кожу и слизистые оболочки.
При хроническом отравлении оксидом цинка могут развиться атрофические и субатрофические изменения слизистой оболочки верхних дыхательных путей, гипохромная анемия, жел,-киш. расстройства, нарушения сна, повышенная утомляемость, шум в ушах, снижение остроты слуха. При длительном воздействии пыли оксида цинка на организм человека возможно развитие медленно прогрессирующего пневмокониоза. При длительном вдыхании пыли оксида цинка в значительных концентрациях развиваются умеренные явления пневмосклероза и эмфиземы лёгких, реже – мелкопятнистая диссеминация в связи с отложением рентгеноконтрастной пыли оксида цинка в лёгких; возможна уробилинурия и порфиринурия. На тыльной стороне кистей (преимущественно) отмечают раздражение и изъязвления кожи.
Клиническая картина хронического отравления хлоридом цинка связана с его резко раздражающим действием на слизистые оболочки и на кожу, вплоть до развития дерматита, а также слабо аллергизирующим действием на организм. Вдыхание дыма хлорида цинка вызывает кашель, тошноту, воспаление в верхних дыхательных путях, бронхах, лёгких. В тяжёлых случаях возможно прободение носовой перегородки.
Раздражающим действием обладают также сульфат и стеарат цинка. Сухой сульфат цинка и его концентрированные растворы вызывают изъязвления кожи кистей рук, особенно их тыльной поверхности, по типу так называемых птичьих глазков. Получены экспериментальные данные об онкогенном действии цинка и его соединений.
Острое отравление соединениями цинка отмечали при вдыхании оксида цинка в высоких концентрациях (например, при нагревании металлического цинка выше температуры его плавления). У пострадавших появляется сладковатый привкус во рту, через 1-5 часов возникает сильная жажда, болезненное стеснение в груди, сухой кашель, озноб и другие признаки литейной лихорадки. При вдыхании аэрозоля хлорида цинка может развиться отёк лёгких.
При отравлении растворимыми солями цинка через рот у пострадавших также отмечают металлический вкус во рту, наблюдается тошнота, слюнотечение. развивается ожог слизистой оболочки рта, пищевода, желудка, появляются рвота с примесью крови, боль в животе, понос, резкое возбуждение, непроизвольные подергивания отдельных групп мышц, судороги икроножных мышц, возможен коллапс и шок. При более длительном течении отравления развивается острая почечная недостаточность.
Лечение отравлений цинком
Первая помощь и неотложная терапия при острых отравлениях растворимыми солями цинка, особенно при их пероральном поступлении, состоит в промывании желудка через зонд 3% раствором гидрокарбоната натрия или 2% раствором танина, назначении унитиола, внутривенном введении глюкозы с аскорбиновой кислотой, хлористого кальция, питье щелочных минеральных вод, теплого молока, слизистых отваров, назначении солевых слабительных. При ингаляционных отравлениях цинком и его соединениями применяют преднизолон или другие глюкокортикоиды.
Дальнейшее лечение, так же как и лечение хронических отравлений цинком и его соединениями, симптоматическое.
Профилактика отравлений цинком и его соединениями заключается в механизации и герметизации процессов, связанных с плавлением цветных металлов и другими работами, создании рациональной местной и общей вентиляции, применении индивидуальных средств защиты – респираторов, промышленных противогазов. защитных мазей или жирных кремов и др., мытье рук щелочными растворами.
Цинк — этот хрупкий серебристый голубовато-белый металл, заменить ничем нельзя, его свойства уникальны для промышленности и даже для медицины. Тридцатый элемент периодической системы Менделеева относится к переходным металлам. Это значит, что он способен менять степень окисления, он обладает небольшой электроотрицательностью, и, в общем, немного похож по свойствам на своего ближайшего соседа с предыдущим порядковым номером 29 — на медь. Ещё в конце XVIII века он вместе с медью использовался в качестве элементов вольтова столба, который был способен давать постоянный ток. Поэтому цинк можно считать важным веществом, стоявшим у истоков изучения электричества.
Цинк в чистом виде
См. также статью про Лом цинка.
Но, кроме несомненной пользы, существует и вред цинка для человека. За долгие годы изучения и работы с этим металлом было выявлено очень много случаев как острого, так и хронического отравления цинком, как простым элементом, так и содержащими его веществами. Какие соединения его являются токсичными? Что делать при отравлении цинком, и каковы признаки отравления цинком? Но прежде, чем рассказать об этом, необходимо напомнить о тех отраслях промышленности, где применяется этот элемент, и о его роли в жизни человека.
Применение металла и соединений
Человечество давно научилась выплавлять чистый цинк в металлическом виде. Известны, например, монеты из этого металла. Его свойства позволяют извлекать благородные металлы из свинца, которые затем выплавляются в чистом виде на аффинажных заводах. В быту всем известна так называемая оцинковка металлических поверхностей, которая надежно защищает изделия от коррозии. Простейшим примером является оцинкованное корыто или ведро.
Очень много элемента потребляет электрическая промышленность. Он входит в состав батареек и различных аккумуляторов, в числе которых можно назвать серебряно-цинковые элементы, хромо-цинковые, свинцово-цинковые и другие. Он незаменим в полиграфической промышленности: многие многотиражные иллюстрации производятся с помощью цинковых клише, которые протравливают особыми кислотами.
Интересная статья про вторичное использование цинка из батареек — Вторая жизнь батареек.
Этот элемент используется в электротехнике. Добавка его небольшого количества в припой понижает их температуру, с припоями становится проще работать. Если сплавить медь вместе с цинком, то получается латунь, которая применяется в промышленности, начиная от оружейного дела и заканчивая сантехникой.
Не обходится без него и лакокрасочная промышленность. Окись этого металла входят в состав белой краски, которая у художников называется цинковыми белилами. Это соединение является химически инертным, и широко используется в медицине. Она входит в состав различных мазей, поскольку обладает вяжущим и подсушивающим действием.
Некоторые соединения этого металла используется в оптике, например, селенид цинка способен делать оптическое стекло практически не поглощающим инфракрасные лучи. Эта способность высоко ценится в лазерной технике. Этот металл необходим для производства резины, и в других отраслях народного хозяйства.
И практически на всех стадиях работы с этим металлом необходимо соблюдать осторожность: вред цинка на организм человека может быть незаметным, но в результате приводить к хроническому отравлению, например, возможно длительное отравление парами цинка при сварке с развитием так называемой «литейной лихорадки». Вообще, отравление цинком при сварке – один из самых частых случаев интоксикации этим элементом. Но неужели металл полезен только в промышленности и технике, а для человека цинк является ядом и только приносит вред здоровью? Вовсе нет: в небольших дозах он не только полезен, но и незаменим.
Цинк и здоровье
Да, это так: человеческий организм не может обойтись без этого элемента, и у взрослого мужчины в виде различных его соединений в организме содержится около 2 грамма этого металла. Наиболее высока его концентрация в печени, поджелудочной железе и в мышечной ткани. Несколько сотен (более четырехсот разновидностей!) ферментов человеческого организма содержит этот металл, и его по праву можно назвать жизненно важным микроэлементом.
Он нужен для синтеза стероидных гормонов и полноценных сперматозоидов у мужчин, для нормальной работы простаты. В отсутствие цинка невозможно произвести инсулин в поджелудочной железе, что приводит к тяжелому сахарному диабету. Наконец, любители крепких напитков должны знать, что без этого металла невозможна утилизация алкоголя, поскольку этот элемент присутствует в основном ферменте, расщепляющем этанол — алкогольдегидрогеназе. Именно благодаря успешной работе этого печеночного фермента ликвидируется состояние опьянения.
Норма потребления этого вещества для взрослого человека давно известна. Диетологи рекомендуют употреблять около 10 мг элемента в сутки. Источники – это тыквенные семечки, грецкие орехи и халва. Но больше всего цинка содержится в устрицах. Из овощей много микроэлемента содержит зеленый горошек, довольно много его в какао — порошке, в говяжьей печени и вообще в говядине. Некоторые сорта минеральных вод также содержит цинк.
Но что будет, если его в организм поступает слишком много, и если он попадает внутрь неестественным путем, например, через органы дыхания? Каковы могут быть источники вредных веществ, содержащих этот металл, в быту и промышленности? За счёт чего возникают симптомы отравления цинком у человека?
Видео — кладовая цинка:
Источники отравления и вредность
Прежде всего, весь источник вреда содержится в ионизированных формах этого металла, имеющую валентность 2 + точка из токсичных соединений можно назвать все растворимые соли, особенно с серной и соляной кислотой, то есть сульфаты и хлориды этого металла, а также, цитрат цинка. Находясь в растворах, ионизированный металл способен вызвать тяжелую интоксикацию. Вполне хватит всего лишь 1 грамма сульфата цинка для нанесения тяжелого вреда здоровью.
Не следует думать, что эти соли встречаются только на химическом производстве. Они часто могут образоваться и в домашних условиях, особенно, если длительно хранить пищевые продукты в оцинкованной посуде. Простейшим примером служит длительное хранение квашеной капусты в таком ведре. Кислота, которая образуется в процессе закваски, извлекает металл из покрытия и может вызвать довольно сильное отравление. Очень ядовитым считается фосфид цинка – фосфористый цинк, этим ядохимикатом уничтожают грызунов, и его проникновение внутрь вызывает тяжелые отравления.
При проникновении металла в организм через рот возникают патологические изменения в почках, а при значительной дозе — развивается желтуха. При длительном воздействии он влияет на уровень кальция в крови, который снижается вследствие антагонизма между этими металлами.
Цинк способствует вымыванию кальция из костной ткани, нарушается метаболизм фосфора, и развивается остеопороз. При длительном воздействии этот металл может способствовать развитию злокачественных новообразований, а также вызывает бесплодие.
Оксид, будучи твердым, химически инертен, и входит во многие лечебные мази, подсушивающие кожу. Вред оксида цинка возникает при ингаляционном воздействии. Характерным признаком такого отравления оксидом цинка будет являться небольшой привкус во рту (чаще всего – сладкий), сильное понижение аппетита и сильная жажда. Вообще, вред паров цинка и содержащих его веществ в промышленных условиях несравнимо выше, чем вред от случайного употребления внутрь химических соединений этого элемента.
Оксид цинка — применяется для изготовления различных косметических средств (мыла, кремов и т.д)
Основной источник проникновения вредных соединений элемента в организм — это органы дыхания. Наиболее часто этот путь реализуется у рабочих, занятых в горнодобывающей промышленности и при переработке руды. Чрезвычайно велик вред паров металла при вдыхании. Высокий риск получить так называемую литейную лихорадку у работников, занятых выплавка цинка и латуни, а также у сварщиков. Каковы же признаки отравления цинком? Как распознать, что произошло отравление парами цинка при сварке? И что такое «литейная лихорадка»?
Симптомы и признаки отравления цинком
Литейной лихорадкой называют симптомы отравления парами цинка, которые чаще всего встречаются на металлургическом производстве. Кроме металлургов, очень сильный вред с развитием литейной лихорадки возникает при сварке цинком, но не обязательно необходимо иметь дело со сплавом, который содержит большое количество металла. Необязательно отливать или выплавлять латунь или бронзу, когда возникает в воздухе большое количество паров оксида металла. Можно быть обычным газорезчиком, и резать большое количество металлических конструкций, поверхность которых была покрыта гальванизированным цинком, или, проще говоря, при резке оцинкованного железа.
Горячее цинкование — покрытие металлоконструкций цинком в цинковых ваннах
Вред паров цинка для здоровья проявляется в следующих симптомах литейной лихорадки: у человека внезапно возникает высокая температура, потливость и тошнота. Часто появляется приступ немотивированной дрожи, постоянно хочется пить, возникает чувство полного упадка сил и мышечной боли в конечностях.
В некоторых случаях приступ литейной лихорадки сопровождается головокружением и сонливостью, нарушается координация движений, появляется рвота. Иногда отмечались боли в суставах с выраженной отечностью, а также геморрагическая сыпь в виде мелких, точечных кровоизлияний на коже. Не следует думать, что отравление цинком при сварке вызывает только общие симптомы. У электрогазосварщиков с большим стажем работы часто выявляются различные дерматиты, поражение глаз, или конъюнктивиты, отмечается гастрит с пониженной кислотностью и высокий уровень билирубина в крови.
С точки зрения токсикологии, пары этого металла в организме человека окисляются, а оксид глубоко проникает в легочную ткань, и связывается с белками, изменяя их конфигурацию, или производит денатурацию белка. Денатурированные белки, проникая в кровоток, вызывают лихорадочную реакцию, похожую на инфекционное заболевание, или появлению симптомов аллергии на цинк. Чтобы понять, что такое денатурация белка, можно вспомнить обычный процесс варки куриного яйца. Под воздействием высокой температуры прозрачный яичный белок превращается в плотную белую массу. Это произошел процесс денатурации альбумина.
Интересно, что такой выброс изменённых белков в кровь приводит к развитию незначительного иммунитета, и при повторных условиях отравления постепенно развивается устойчивость к такому вредному действию. Организм рабочего находит возможность бороться с проявлениями литейной лихорадки. Но такое состояние является недолгим. Постоянное и чрезмерное проникновение в организм металла приводит к постоянному истощению организма, и симптомы аллергии на цинк вновь возобновляются. В результате развивается остеопороз костной ткани, повышается риск развития злокачественных новообразований. При длительном воздействии развивается бесплодие, и риск возникновения уродств у плода.
Характерные симптомы отравления цинком вызывает и вдыхание металлической пыли. Если длительно контактировать с металлом, то возникает снижение слуха, слабость и потливость, рабочие становятся раздражительными, возникает стойкая бессонница и снижение памяти. В анализах крови можно отметить анемию, при проведении рентгена легких отмечаются симптомы эмфиземы и пневмосклероза.
Этот металл накапливается в ногтях, и в волосах. Особенно велик риск хронических отравлений у пайщиков, оцинковщиков, и работников электролизных цехов. В некоторых случаях металл способствует развитию контактных дерматитов, а также хронических вялотекущих воспалительных заболеваний носоглотки. Рабочие часто болеют ангинами, тонзиллитами и ринитами. Довольно часто характерным симптомом является сухость слизистой носовой полости, сухой кашель. По данным анализа крови отмечается снижение уровня гемоглобина.
Немного особняком стоит отравление фосфидом цинка. Это соединение является нестойким, и постоянно разрушается, выделяя газ фосфин, или соединение водорода с фосфором. Этот газ сильно пахнет чесноком, так же, как и само соединение. Приманки, изготовленные из фосфида цинка, пользуются популярностью у грызунов, опять-таки, в связи с сильным ароматом.
Фосфад цинка — входит в состав крысинного яда
При работе с этим ядохимикатом у человека всегда происходит раздражение дыхательных путей при вдыхании фосфина, а при длительном контакте может развиться тяжёлый отёк лёгких с развитием летального исхода. Незначительное количество фосфина, попавшего в организм, вызывает такие симптомы как озноб, общую слабость, возникает тошнота и рвота, появляется жажда и понос. Для таких отравлений характерна боль или чувство тяжести в грудной клетке, появляется чувство страха. Если контакт с фосфидом цинка не прекратить, то прогрессирование приведет к развитию острой дыхательной и сердечно-сосудистой недостаточности, и последствия отравления цинком и фосфористым водородом могут быть самыми печальными. Каково же лечение отравления цинком и его соединениями?
Основные принципы лечения
Конечно, здесь имеется в виду лечение острых отравлений цинком. Ведь в том случае, если у пациента аллергия на цинк привела к развитию хронического профессионального заболевания, то самым главным лечебным фактором будет прекращение поступления металла в организм, довольно длительный курс стационарного лечения с последующей реабилитацией, и затем, по заключению экспертизы вообще возможен перевод на другую работу.
Что же делать при развитии острых отравлений? Как лечить отравление парами цинка при сварке?
При первых симптомах возникновения литейной лихорадки, которые могут возникнуть через несколько часов после продолжительного контакта с парами или пылью элемента, необходимо срочно прекратить сварочные работы, выйти на свежий воздух. В тяжелых случаях показано дыхание кислородом. Показано питье щелочных минеральных вод, щелочные ингаляции. С профилактической целью вводится внутривенно пятипроцентный раствор глюкозы или физраствора с целью уменьшения температурной реакции, вызванной поступлением в кровоток денатурированных белков.
Видео, может немного и не в тему, но мастер показывает как правильно варить оцинковку:
В том случае, если человек принял внутрь растворимую цинковую соль, то лечение отравления цинком сводится к срочным мероприятиям. Необходимо промыть желудок большим количеством свежей воды с добавлением 0,5% раствора танина для уменьшения всасывания, показан прием активированного угля, назначается унитиол как антидот. Категорически запрещается назначать противотошнотные и противорвотные средства пациенту до или вместо промывания желудка.
В том случае, если после проглатывания прошло несколько часов, может понадобиться промывание кишечника и высокая сифонная клизма вместе с промыванием желудка. Лечение симптоматическое, в токсикологических отделениях стационаров чаще всего применяется этилендиаминтетрауксусная кислота, ее кальциево — динатриевая соль, и такое соединение как димеркапрол. Однако данных об успешности этого метода лечения накоплено немного. При отравлении фосфидом пациенту необходимо вызвать рвоту, давая слаборозовый раствор перманганата калия, затем назначается солевое слабительное, такое как магнезия, щелочная вода, проводится симптоматическое лечение.
В заключение следует сказать, что современный трудовой процесс в условиях тщательной охраны труда на производстве позволяет практически полностью избежать различных отравлений цинком и его соединениями. Чаще всего отравление происходит при сварочных и газорезных работах в кустарных условиях, а также при занятии радиотехникой, пайкой печатных плат в домашних условиях без наличия вытяжки, или вентиляции в течение длительного времени.
Если знать вред цинка и его соединений и пути проникновения их в организм, то, даже пользуясь знаниями, полученными из этой статьи, можно вполне избежать отравлений. Достаточно пользоваться индивидуальными средствами защиты, сократить время непосредственного контакта с цинковым аэрозолем и обеспечить приток свежего воздуха в рабочую зону. При соблюдении этих условий отравление цинком и его парами вообще не произойдет.