아연이란? – 화합물, 합금 및 특성

아연이란?

원자 번호 30과 기호 Zn으로 아연은 12족 또는 IIB에 속하는 화학 원소 또는 은빛 광택 금속입니다. 주기율표의. 무엇보다도 합금, 내식성 코팅 및 건전지를 만드는 데 사용됩니다.

수은만이 주기율표의 12개 원소로 구성된 그룹 중 +1-산화 수 또는 상태의 제한된 수의 화합물을 생성합니다. 대조적으로, 아연 및 카드뮴과 같은 다른 원소는 +2 상태의 화합물에서 나옵니다. d-전자는 차폐 전자가 3d-오비탈을 따라 상승함에 따라 점차적으로 아연 원자의 내부 코어 구성 요소가 됩니다. 결과적으로 화학 결합은 s-전자로 제한됩니다.

아연은 구리보다 지각에 더 풍부합니다. 가장 일반적인 아연 광석은 아연 혼합물(ZnS)과 칼라민(ZnCO3)입니다. Franklinite(ZnO, Fe2O3) 및 willemite는 두 가지 더 작은 중요 광석(Z 2SiO4)입니다. 주로 캐나다, 러시아, 호주, 중국, 페루 및 미국에서 발견됩니다.

 

 

아연의 역사

아연 금속 제조는 고대 인도에서 꽤 인기가 있었습니다. Rajasthan의 Zawarmala 지역에 있는 많은 광산 현장은 일찍이 기원전 1300-1000년에 운영되고 있었습니다. 기원전 300년 원고 Charaka Samhita, 아연의 치료적 이점에 대한 언급이 있습니다. Rasa Ratna Samuccaya(기원 800년)는 금속 추출 및 치료 용도를 위한 두 가지 유형의 금속 광석이 있다고 가르칩니다.

수천 년 동안 아연 합금이 사용되었습니다. 기원전 1000-1400년의 황동(구리-아연 합금) 품목 이스라엘에서 발견되었으며 선사 시대 트란실바니아에서 87%의 아연을 함유한 아연 물체가 발견되었습니다. 분리된 아연은 낮은 끓는점과 강한 화학 반응성으로 인해 포집되지 않고 굴뚝으로 올라가는 경향이 있습니다. 그 결과 고대에는 아연의 실체를 알 수 없었습니다.

놋쇠는 기원전 30년경 로마인들에 의해 만들어졌습니다. 칼라민(아연 광물)과 구리를 도가니에서 함께 가열하는 절차를 사용합니다. 칼라민의 산화아연은 ​​환원되었고 구리는 유리 아연 금속을 포획하여 합금을 형성했습니다. 결과로 나온 칼라민 황동은 주조되거나 망치로 모양이 만들어졌습니다.

불순한 형태의 아연을 제련하고 추출하는 일은 이미 1000년에 인도와 중국에서 이루어졌습니다. 불순한 아연은 용해로의 부산물로 고대부터 서양에서 알려져 왔습니다. 그러나 일반적으로 가치가 없는 것으로 버려졌습니다.

독일인 Andreas Marggraf는 1746년경에 순수한 금속성 아연을 발견한 것으로 알려져 있지만 전체 이야기는 논쟁의 여지가 있습니다. 1597년 영국의 야금학자 리바비우스는 지금까지 서구에 알려지지 않은 순수한 아연 금속을 대량으로 얻었습니다.

Rajasthan의 Zawarmala와 그 근처에 있는 Zawar 아연 광산을 방문한 후 William Champion은 1738년에 제련소의 칼라민에서 아연을 추출하는 절차를 영국에서 특허로 인정받았습니다. 특허 법원은 인도 기술을 표절했기 때문에 그의 초기 발명을 거부했습니다.

 

아연 광석

아연 광석은 전 세계적으로 발견되지만 북미와 호주가 전체 생산량의 40% 이상을 생산합니다. 칼라민 광석과 아연 혼합은 두 가지 유형의 아연 광석입니다. 칼라민은 화학식 ZnCO3ZnCO3의 탄산아연(탄산염 광석)으로 구성됩니다. 아연 황화물(황화물 광석)은 아연 혼합물에서 발견되는 화합물이며 화학식은 ZnS입니다.

 

아연의 제조 공정

1. 채굴
아연 광산의 80%는 지하에 있고, 8%는 노천 광산이며, 나머지는 이 둘의 조합입니다. 지하 광산은 총 아연 생산량의 최대 64%를 제공하고 지하/노천 광산은 21%를 제공하며 노천 광산은 15%를 제공합니다.
채굴할 때 광석은 제련소에서 직접 사용할 수 있을 만큼 풍부하지 않습니다. 집중되어야 합니다. 아연 광석에는 아연이 5~15% 포함됩니다. 최고의 광물 분리를 제공하기 위해 광석을 농축하기 위해 분쇄 및 분쇄됩니다. 아연 정광은 일반적으로 약 55%의 아연과 일부 구리, 납 및 철을 포함합니다. 아연 농축은 일반적으로 제련소로의 운송 비용을 최소화하기 위해 광산 현장에서 수행됩니다.

2. 로스팅 및 소결
아연 혼합물은 전 세계 아연 생산량(ZnS)의 95% 이상을 차지합니다. 아연 외에도 농축액에는 25-30%의 황과 다양한 수준의 철, 납, 은 및 기타 미네랄이 포함되어 있습니다. 정광의 황은 습식 야금 또는 건식 야금 공정에서 금속 아연을 추출하기 전에 제거해야 합니다.
그것은 로스팅 또는 소결에 의해 수행됩니다. 정광은 황화아연(ZnS)이 보다 활성인 산화아연(ZnO)으로 전환될 때 900°C 이상으로 가열됩니다. 동시에 황은 산소와 결합하여 이산화황을 생성하고 귀중한 경제적 부산물인 황산으로 변환됩니다.

3. 습식 제련 공정
산화아연은 ​​침출 단계에서 다른 하소로부터 분리됩니다. 그것은 황산으로 이루어집니다. 아연은 용해되는 반면 철은 침전되어 납과 은이 용해되지 않은 상태로 남습니다. 그러나 용해된 용액에는 제조 공정이 끝날 때 고순도 아연 제품을 얻기 전에 제거해야 하는 일부 불순물이 포함되어 있습니다. 용액은 대부분 아연 가루를 첨가하여 정제합니다.
제거할 모든 원소는 전기화학적 시리즈에서 아연 아래에 있기 때문에 시멘트를 사용하여 침전시킬 수 있습니다. 정제된 용액은 전해 절차에서 납 합금 양극과 알루미늄 음극 사이에서 전기분해됩니다.
전류는 양극과 음극 사이에 3.3-3.5볼트의 전기적 차이를 공급하여 전해질을 통해 전달되어 아연이 알루미늄 음극에 고순도 침전되도록 합니다.
아연은 퇴적물에서 취하여 건조되고 용융되어 잉곳으로 주조됩니다. 고급 99.95% 아연 잉곳 및 특수 고급 99.99% 아연 잉곳을 사용할 수 있습니다. 오늘날 전해 공장은 습식 제련 방식으로 생산되는 아연의 90% 이상을 생산합니다.

4. 건식 야금 공정
Imperial Smelting 공정은 탄소를 사용하여 특별히 제작된 Imperial Smelting 로에서 아연과 납을 환원시키는 것을 포함합니다. Imperial Smelting 공정은 에너지 집약적이기 때문에 에너지 가격이 상승함에 따라 엄청나게 비싸게 되었습니다. 오늘날 중국, 인도, 일본, 폴란드에만 제련로가 있습니다.

 

아연 화합물

1. 산화아연
산화아연은 ​​분자식이 ZnO이며 가장 일반적인 산화아연입니다. 공기 중에서 ZnS를 가열하거나 탄산아연을 열분해하면 ZnO가 생성됩니다. 실온에서는 흰색입니다.
ZnO 격자에서 산소가 손실되면 ZnO가 노란색으로 변하여 Zn1+xO와 같은 비화학량론적 조성이 생성됩니다. 빈 격자점은 가시적인 전자기 복사에 의해 여기된 전자를 가두어 노란색을 유발할 수 있습니다. 그것은 양쪽성이며 산에 용해될 때 Zn+2 이온을 형성합니다.

2. 황화아연
우리는 일반 그룹 분석에서 황화아연(화학식 ZnS)에 너무 익숙합니다. 수성 Zn(II)과 황화수소의 직접적인 반응은 ZnS를 생성합니다. 아연 혼합물과 wurtzite는 ZnS의 두 가지 고체 결정 형태입니다. 1020 °C에서 그들은 서로를 변형시킵니다. 묽은 산에 쉽게 용해됩니다.

3. 황산아연
황화아연(화학식 ZnS)은 일반 그룹 분석에서 잘 알려져 있습니다. 수성 Zn(II)은 황화수소와 직접 반응하여 ZnS를 형성합니다. Wurtzite와 아연 혼합물은 ZnS의 두 가지 고체 결정 형태입니다. 1020 °C에서 변합니다. 묽은 산에 잘 녹습니다.

4. 아연 할로겐
ZnF2, ZnCl2, ZnBr2 및 ZnI2는 알려진 아연의 4가지 금속 할로겐화물입니다. 염화 아연, 브롬화물 및 요오드화물은 상당한 전기 분극을 갖는 이온 화합물입니다. 레이어 격자는 그들로부터 결정화됩니다. ZnF2와 같은 이온성 불화물은 물에 잘 녹습니다.

 

아연 합금

아연의 일부 일반적인 합금은 다음과 같습니다.

1. 황동
황동은 황동의 유형에 따라 3%에서 45%의 아연을 포함하는 아연 합금입니다. 황동은 구리보다 가단성, 강성 및 내식성이 뛰어납니다. 이러한 특성으로 인해 통신 장비, 하드웨어, 악기 및 수도 밸브에 유용합니다.

2. 니켈 실버
니켈 실버는 은빛 외관을 갖지만 은 함량이 없는 구리, 니켈 및 아연 합금 그룹입니다. 니켈 함량은 7~30%이며, 18% 양은이 가장 인기 있는 합금입니다(니켈 18%, 구리 62%, 아연 20%). 반짝이는 은색 외관 때문에 보석, 은제품, 철도 모형선, 악기에 사용됩니다.

3. 아연 다이캐스팅 합금
그것은 무게로 78%의 아연을 함유하고 있습니다. 일반적으로 주조 품질 및 기계적 특성에 대해 소량(몇 퍼센트 미만)의 Pb, Sn, Cu, Al 및 Mg를 포함합니다. 복잡한 작은 모양을 만드는 데 활용되며 움직이는 기계 부품에 적합합니다. 냄비 금속은 이러한 합금 중 가장 저렴하며 강철 대용품으로 사용됩니다.

 

아연의 성질

▷ 대부분의 상업용 등급에서 아연은 푸르스름한 흰색의 광택이 나는 반자성 금속으로 둔한 광택이 있습니다.
▷ 철보다 밀도가 다소 낮고 육각형 결정 구조를 가지고 있으며 촘촘한 육각 패킹이 일그러진 형태로 되어 있습니다.
▷ 금속은 대부분의 온도에서 단단하고 부서지기 쉽지만 100~150°C 사이에서는 가단성이 됩니다.
▷ 금속은 210°C를 초과하는 온도에서 부서지기 쉽고 두들겨서 부서질 수 있습니다.
▷ 아연은 전기의 좋은 전도체입니다.
▷ 아연은 황동을 비롯한 여러 합금에 존재합니다. 아연 이원 합금은 안티몬, 비스무트, 금, 철, 납, 수은, 은, 주석, 마그네슘, 코발트, 니켈, 텔루륨 및 나트륨을 함유하는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다.
▷ 아연은 녹는점과 끓는점이 낮은 금속입니다. 수은과 카드뮴을 제외한 모든 d-블록 금속은 융점이 가장 낮습니다. 결과적으로 아연, 카드뮴 및 수은은 일반적으로 나머지 d-블록 금속과 같은 전이 금속으로 간주되지 않습니다.

 

아연의 용도

▷ 아연은 일반적으로 철에 사용되어 부식 방지 코팅을 제공합니다. 용융 아연에 대한 전기 분해 또는 침지는 Fe 전극(음극)에 작은 금속 코팅을 증착하는 데 사용할 수 있습니다. 금속 코팅은 아연을 소량 도포하거나 Zn 분말로 가열하여 다른 금속에도 적용할 수 있습니다.
▷ 황동과 같은 다양한 합금을 생산할 때 아연의 두 번째 주요 용도. 텀블링, 밸브, 카트리지 케이스 및 다이캐스팅은 이러한 합금을 사용하는 기계 부품의 예입니다.
▷ 아연은 또한 손전등, 트랜지스터, 자동차, 전기 장비 및 하드웨어용 건전지 또는 건전지를 만드는 데 사용됩니다.
▷ 페인트, 고무, 화장품, 의약품, 플라스틱, 잉크, 비누 및 배터리에는 산화아연이 주성분으로 포함되어 있습니다. 산화아연은 또한 섬유 및 제약 산업에서 널리 사용됩니다.

 

건강에 대한 아연의 영향

아연은 식물, 사람, 동물에게 필요한 미량 영양소입니다. 아연 결핍은 식물의 건강에 미미한 영향을 미치며 번식을 방해합니다. 아연은 D.N.A.를 만드는 데 사용됩니다. 분자. D.N.A. 화학 물질을 생산할 세포에 지시하는 우리 몸의 분자입니다.

인간의 번식도 그것에 의해 통제됩니다. 태아의 아연 결핍은 나중에 정신적, 육체적 문제로 이어질 수 있습니다. 식단에서 아연을 충분히 섭취하지 못하는 어린 아이들에게서 탈모와 피부 병변이 발생할 수 있습니다. 그들은 또한 일종의 성장 지연인 왜소증을 유발할 수 있습니다.

아연은 인간에게 필요한 미량 영양소입니다. 그러나 너무 많거나 너무 적으면 건강에 해로울 수 있습니다. 반면에 너무 많은 아연은 건강을 해칠 수 있습니다. 아연 먼지 흡입은 인후 자극, 기침, 쇠약 및 통증, 오한, 발열, 메스꺼움 및 구토를 유발할 수 있습니다.

단 음식 섭취와 관련이 없는 혀의 단맛은 아연 중독의 한 지표입니다. 아연 화합물은 또한 건강에 해로울 수 있습니다. 예를 들어, 염화아연(ZnCl2)은 피부 발진과 인후통을 유발할 수 있습니다.