Coroziunea metalelor

  • View
    65

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Coroziunea metalelor

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURETIFACULTATEA DE ANTREPRENORIAT, INGINERIE I MANAGEMENTUL AFACERILOR

ZINCAREA TERMIC IIMPORTANA RECICLARII ELECTROCHIMICE A ZINCULUI

Profesor Coordonator: Dr. ing Ana COJOCARU Masterand: Corbu Claudia Elena

CUPRINS:

I. INTRODUCEREII. PROPRIETAILE FIZICE I CHIMICE ALE ZINCULUIIII. PROCESUL DE ZINCARE TERMICIV. IMPORTANA RECICLARII ELECTROCHIMICE ALE ZINCULUI V. CONCLUZIIVI. BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Tehnologiile viitorului sunt bazate pe cele mai bune tehnici disponibile, care nseamn n primul rnd consum redus de energie, materiale i minimizarea sau lipsa rezidurilor. Zincarea termic este o tehnologie care se preteaz foarte bine la reciclare, reducndu-se astfel consumurile energetice i de materiale la fabricarea de noi produse.Presiunile care se fac asupra industriei, de a-i asuma consecinele efectelor aciunilor lor asupra mediului, sunt ntru totul justificate date fiind principiile dezvoltrii durabile spre care tinde societatea. Dezvoltarea durabil (aciunea de a dezvolta pentru o perioad lung de timp i rezultatele ei) nseamn: utilizarea armonioas a resurselor regenerabile n sistemele ecologice capabile s produc o gam larg de produse i s suporte standarde optime de via; activitate economic n armonie cu sistemele naturale i acionnd pentru meninerea sntii, a integritii mediului ambiant i managementul economic, precum i regenerarea resurselor pentru bunul comun al ntregii comuniti i al mediului. De fapt acest concept este unul de bun sim bazat pe criterii i principii fundamentale. (* * * Asociaia Naional a Zincatorilor, Ghid Pentru Ingineri i Arhiteci, 2010)Mult inainte de descoperirea zincului ca metal, zcmintele de zinc au constituit o resurs pentru aliajele de cupru-zinc (alam) i pentru srurile de zinc utilizate n medicin. Se cunosc obiecte din alam din Babilon i Asiria datnd din mileniul 3 I.C. i din Palestina datnd din 1400 - 1000 I.C.Zincul nu e considerat toxic, totui dac se inhaleaz n cantiti mai mari vapori bogai n oxid de zinc, apare o tulburare cunoscut sub numele de "tremuratul de zinc".Lucruri interesante legate de istoria zincului se gasesc n cartea lui C.H. Mathewson, care n capitolul ZINC- Stiina si Tehnologia Metalului, aliajelor si a altor Componente, scris de H.D. Carus (1960) se vorbete despre cea mai veche pies din zinc, cunoscut pn n present, ca fiind o statuet ce reprezinta un idol i care a fost gasit n sedimentele fostei aezari Dordosch (zona Transilvaniei) din Dacia preistoric, avnd un coninut de 87,5% Zn i 11,4% Pb.( http://www.zincare.eu/#/istoricul-zincarii-termice )

ntr-un manual de metalurgie aprut pe la 1637, se vorbete despre producerea zincului n China nc din perioada 200 .Hr -100 d. Hr. Pentru procesarea lui se foloseau creuzete speciale, nchise. Zincul a fost folosit i la producerea de monede n timpul dinastiei Ming (1368-1644).. FOTO 1 : Moned veche ,din antichitate Oficial, zincul ca materie prim a ptruns n Europa n cantiti mai mari pe la 1600 i se spune c a fost adus de navele comerciale portugheze i britanice.

Foto 2. Portret Parcelus, primul eurpean care arecunoscut zincul ca si metal Foto 3. Cuptorul vertical pentru zinc care avea o producie de 200t/anPrimul care a produs zinc n cantiti industriale a fost William Champion, care a dezvoltat metoda de producere a Zn n cuptor vertical n 1718, pentru care a primit i patent. Prima topitorie de zinc a aprut n Europa, n anul 1743, la Bristol, n Marea Britanie, i care avea o producie de 200t / an. Acest tip de cuptor a continuat s fie utilizat pn n 1851, dei avea un randament sczut consumnd 24 t de crbune pentru a obine o ton de metal. Din acest motiv a fost introdus procedeul Welsh, prin care erau descrcate att creuzetul ct i retorta dup fiecare ciclu, operaii anevoiase i costisitoare (http://www.zincare.eu/#/istoricul-zincarii-termice -surs ).Zincul aduce o multitudine de beneficii economice i sociale pentru societate, omul gsind o gam larg de utilizari pentru acest element natural versatil, cu aplicaii in multe industrii, datorita rezistentei sale mari la aciunea agenilor atmosferici, precum si maleabilitii sale, zincul are multe utilizri in industrie. Se folosete in industria metalurgica drept element de aliere; in industria chimica, drept reductor si pentru obinerea oxidului de zinc; in industria electrotehnica, drept catod pentru elementele galvanice.Cele mai mari cantiti de zinc se folosesc pentru protecia anticoroziva produselor din oel si font, asigurnd o buna rezistena prin dublul sau efect protector (fizic si chimic). Zincul ca i plumbul, n diferite combinaii chimice i aliaje sub forma de pigmeni, este utilizat n construcii pentru vopsire, iar sub alte forme, n industria textila, n lucrarile tipografice, n medicin etc.Combinaiile zincului cu cea mai larg utilizare industrial sunt: oxidul de zinc, sulfatul de zinc, ferocianura de zinc, galatul de zinc, stearatul de zinc, sulfura de zinc, tetraoxicromatul de zinc. Zincul mai are utilizri si sub forma unor compui organici, ca dimetil-zincul si dietil-zincul.Zincul ocup locul 24 n ceea ce privete abundena n scoara terestr i prezint 5 izotopi stabili. Principala surs de obinere este sfaleritul, o sulfur a zincului. Cele mai importante zcminte se gsesc n Australia, Asia i Statele Unite.

Fig 4. MINEREUL DE ZINII. ASPECTE CHIMICE I FIZICE ALE ZINCULUIZincul este elementul chimic metalic simbolizat Zn, fiind primul element al grupei 12 n sistemul periodic, cu numrul atomic 30. Este considerat elementul analog magneziului, ntrucat ionii lor sunt de mrimi comparabile i singura lor stare de oxidare este +2. Punctul de topire este de 419,5 C i punctul de fierbere la 908 C i are o valoare a duritii de 2,5 pe scara Mohs, ceea ce l face sa fie un metal foarte moale. Este mai puin dens dect fierul i prezint o structur hexagonal a cristalului.

Fig 5. ASPECTUL ZINCULUI METALIC Zincul este al 4-lea metal ca i utilizare, dup fier, aluminiu i cupru cu o producie anual de 12 milioane de tone. 75% din producia mondial de zinc provine din minerit, iar 25% din reciclare. Producia de zinc provenit din minerit se obine din depozite de minereuri sulfidice, i anume sfalerit, care se gsete aproape ntotdeauna n amestec cu sulfuri de cupru, plumb i fier. Cele mai importante zone de extracie sunt China, Australia i Peru. . Zincul metalic este produs prin intermediul metalurgiei extractive. Dup mcinarea minereului, mineralul concentrat este separat de steril prin intermediul flotrii, pe baza principiului diferenei de hidrofobicitate. Prin intermediul acestui proces se ajunge la o concentraie de 50% zinc, 32% sulf, 13% fier si 5% SiO 2 . Ulterior mineralul concentrat se supune procesului de prjire a sulfurii de zinc prin intermediul urmtoarei reacii:2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2n vederea procesrii ulterioare sunt folosite 2 metode principale,i anume pirometalurgia i electrorafinarea. Prin intermediul procesului de pirometalurgie oxidul de zinc este redus cu carbon sau monoxid de carbon la 950 C, rezultnd zinc sub form de vapori care este colectat prin condensare:2 ZnO + C 2 Zn + CO22 ZnO + 2 CO 2 Zn + 2 CO2Prin elctrorafinare zincul din minereu este extras cu ajutorul acidului sulfuric:ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2OUlterior zincul metalic este obinut prin electroliz:2 ZnSO4 + 2 H2O 2 Zn + 2 H2SO4 + O2Acidul sulfuric regenerat este folosit din nou n procesul de extracie . Acest metal este folosit n principal ca agent anti-coroziv n procesul de galvanizare, cu scopul de a proteja alte metale sau aliaje impotriva coroziunii.Zincul este mai reactiv dect fierul sau oelul, astfel c va atrage toi oxidanii locali pn la epuizarea stratului. Procesul de galvanizare este folosit n vederea protejrii balustradelor metalice, a podurilor suspendate, a stlpilor de iluminat, a acoperiurilor metalice, a caroseriilor pentru automobile, etc.Reactivitatea zincului i capacitatea lui de a atrage oxidarea face ca acesta sa fie un material ideal n procesul de protecie catodic aplicat pentru protejarea evilor i a metalelor expuse la efectul apei de mare .Avnd un potenial standard de -0,76 volti, este folosit ca material anodic pentru baterii.Principalul aliaj al zincului, folosit la scar larg este arama, aliaj ce conine cupru i 3-45% zinc. Arama este mai ductil i rezistent dect cuprul i are o rezisten superioar la coroziune. Este folosit la fabricarea materialelor de telecomunicaie, IT, instrumentelor muzicale i a valvelor .Punctul de topire sczut i vscozitatea sczut fac ca zincul sa fie un material ideal pentru turnarea sub presiune, putnd lua forme diferite i complexe. Temperatura de lucru sczut duce la o rcire rapid a produselor turnate, permind astfel asamblarea rapid . Un alt aliaj, comercializat sub denumirea de Prestal, conine 78% zinc i 22% aluminiu i este la fel de rezistent ca oelul dar la fel de maleabil ca plasticul, aceast superplasticitate a aliajului permind modelarea acestuia folosind forme matrice din ciment sau ceramic. Aliaje similare cu adugarea unor cantiti mici de plumb pot fi trase n folii la rece. Zincul se mai folosete sub forma de tabl pentru faadele cldirilor, acoperiurilor ori alte aplicaii n care zincul se folosete sub forma tablei metalice. Pentru metode cum ar fi ambutisarea adnc, laminarea sau ndoirea se folosesc aliaje de zinc cu titan i cupru. Zincul nealiat este prea fragil pentru a rezista unor astfel de procedee. Este folosit de asemenea n mod curent ca nlocuitor pentru plumb, avnd n vedere potenialul toxic al acestuia, pentru greutile de laborator, greutilor pentru cauciucuri i volante.Telurura de cadmiu i zinc este un aliaj semiconductor ce poate fi divizat intr-o serie de dispozitive sensibile asemntoare unui circuit integrat ce pot detecta energia degajat de razele fotonice gamma. Astfel, este folosit ca detector pentru acestea, putnd de asemenea detecta direcia acestor raze .Zincul ma