Цинк в чушках ЦВ00

Цинк в чушках — основная товарная форма первичного цинка, используемого как исходное сырьё в гальванотехнике, металлургии, химической промышленности и при нанесении антикоррозионных покрытий. Межгосударственный стандарт ГОСТ 3640-94 «Цинк. Технические условия» распространяется на первичный цинк и устанавливает восемь марок: ЦВ00, ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2 и Ц3. Марки различаются содержанием основного вещества (от 97,5 до 99,997 %) и допустимыми концентрациями примесей, что определяет их назначение.

Чушковый цинк является сырьём для производства широкого перечня продукции: цинковых анодов для гальваники, цинковых листов, проволоки, порошков, а также литейных цинковых сплавов (в частности, семейства ЦАМ). Кроме того, цинк в чушках напрямую используется при горячем цинковании стальных конструкций и для легирования медных и алюминиевых сплавов.

Общие физические свойства цинка

Цинк (Zn) — голубовато-серебристый металл, расположенный в 12-й группе четвёртого периода Периодической системы, атомный номер 30, атомная масса 65,38 а. е. м. На свежем срезе обладает характерным металлическим блеском, который быстро тускнеет на воздухе из-за образования тонкой плёнки оксида цинка (ZnO). Эта плёнка носит защитный характер и предотвращает дальнейшее окисление.

Основные физические характеристики цинка:

Параметр	Значение
Плотность при 20 °C (твёрдый)	7,133 г/см³
Плотность при 419,5 °C (жидкий)	6,66 г/см³
Температура плавления	419,5 °C
Температура кипения	906 °C
Теплопроводность при 20 °C	116 Вт/(м·К)
Удельное электросопротивление при 20 °C	5,9·10⁻⁶ Ом·см
Удельная теплота плавления	7,28 кДж/моль
Удельная теплота испарения	114,8 кДж/моль
Твёрдость по Бринеллю	400–500 МПа
Кристаллическая решётка	Гексагональная

Важная технологическая особенность цинка — зависимость механических свойств от температуры. При комнатной температуре металл хрупок. В интервале 100–150 °C цинк становится пластичным и легко поддаётся прокатке, волочению и штамповке — именно в этом интервале ведут обработку давлением. При дальнейшем нагреве выше 200 °C хрупкость возвращается, и при 250 °C цинк можно истереть в порошок. При плавлении объём металла увеличивается — плотность жидкого цинка ниже, чем твёрдого.

Марки и химический состав первичного цинка по ГОСТ 3640-94

ГОСТ 3640-94 устанавливает восемь марок первичного цинка. Содержание основного вещества определяют расчётным путём: как разность 100 % и суммы массовых долей примесей Pb, Fe, Cd, Cu и Sn. Марки условно делятся на две группы: высокочистые (ЦВ00, ЦВ0, ЦВ) и технические (Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2, Ц3).

Химический состав высокочистого цинка (ЦВ00, ЦВ0, ЦВ)

Высокочистый цинк содержит не менее 99,99 % основного вещества. Эти марки предназначены для производств, где критично влияние даже следовых количеств примесей: электроника, химические реактивы, прецизионные сплавы.

Марка	Zn, %, не менее	Pb	Cd	Fe	Cu	Sn	As	Al	Всего примесей, не более
ЦВ00	99,997	0,00001	0,002	0,00001	0,00001	0,00001	0,0005	0,00001	0,003
ЦВ0	99,995	0,003	0,002	0,002	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,005
ЦВ	99,99	0,005*	0,002	0,003	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,01

* В цинке марки ЦВ, применяемом для сплава ЦАМ4-1о, массовая доля Pb должна быть не более 0,004 %.

Дополнительные ограничения для ЦВ00: массовые доли висмута (Bi), никеля (Ni) и сурьмы (Sb) — не более 0,00001 % каждого элемента. Это наиболее жёсткие требования по чистоте среди всех марок. Кадмий (Cd) — основная лимитирующая примесь даже для высокочистых марок: его допустимое содержание составляет 0,002 % для ЦВ00, ЦВ0 и ЦВ.

Химический состав цинка технических марок (Ц0А–Ц3)

Технические марки содержат от 97,5 до 99,98 % цинка и применяются для массовых промышленных задач — от горячего цинкования стали до легирования медных сплавов.

Марка	Zn, %, не менее	Pb	Cd	Fe	Cu	Sn	As	Al	Всего примесей, не более
Ц0А	99,98	0,01	0,003	0,003	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,02
Ц0	99,975	0,013	0,004	0,005	0,001	0,001	0,0005	0,005	0,025
Ц1	99,95	0,02	0,01	0,01	0,002	0,001	0,0005	0,005	0,05
Ц2	98,7	1,0	0,2	0,05	0,005	0,002	0,01	0,01**	1,3
Ц3	97,5	2,0	0,2	0,1	0,05	0,005	0,01	—	2,5

** В цинке марки Ц2, применяемом для проката, массовая доля Al должна быть не более 0,005 %.

Дополнительные требования: в марках Ц2 и Ц3 содержание сурьмы (Sb) — не более 0,02 %. В марках ЦВ, Ц0А и Ц0, предназначенных для цинкового порошка электротехнической промышленности, Sb — не более 0,001 %. Допускаемые нормы примесей могут изменяться по согласованию между изготовителем и потребителем без изменения содержания основного вещества.

Влияние примесей на свойства цинка

Для инженера-технолога важно понимать, как конкретные примеси влияют на эксплуатационные свойства цинка и изделий из него.

Свинец (Pb) — одна из наиболее критичных примесей. Повышенное содержание свинца ухудшает коррозионную стойкость цинковых покрытий, снижает однородность структуры при литье, а также нежелательно по экологическим требованиям (директива RoHS). Именно поэтому для сплава ЦАМ4-1о нормирован отдельный допуск по Pb — не более 0,004 %.

Железо (Fe) — повышает хрупкость цинка и ухудшает его обрабатываемость давлением. При горячем цинковании избыток железа в расплаве приводит к образованию грубых интерметаллидных включений в покрытии.

Кадмий (Cd) — близок по химическим свойствам к цинку и трудно отделяется при рафинировании. Повышенное содержание Cd ограничивает применение в пищевой и медицинской отраслях.

Олово (Sn) и медь (Cu) — даже в следовых количествах могут вызывать межкристаллитную коррозию цинковых сплавов при длительной эксплуатации.

Алюминий (Al) — в контролируемых количествах полезен (основной легирующий элемент сплавов ЦАМ), но превышение нормы в цинке для проката вызывает дефекты поверхности при прокатке.

Формы поставки и масса цинковых чушек

ГОСТ 3640-94 предусматривает две товарные формы первичного цинка: чушки и блоки. Выбор формы зависит от объёмов потребления и технологии переработки.

Чушки цинка

Чушки — компактные слитки, удобные для ручной загрузки в плавильное или гальваническое оборудование. Масса чушек зависит от марки:

Марка	Масса чушки, кг	Особенности упаковки
ЦВ00	4–5 или 8–10	Чушки заворачивают в бумагу (ГОСТ 8828) или кальку (ГОСТ 892), укладывают в ящики (ГОСТ 2991). Масса брутто ящика — не более 60 кг
ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2, Ц3	19–25	Пакетирование по ГОСТ 21399

Чушки имеют форму, удобную для укладки в пакеты. На поверхности могут быть канавки для разделения на части — это позволяет отламывать нужное количество без механической резки. Масса чушек и блоков может быть изменена по согласованию между изготовителем и потребителем, если это оговорено при заказе.

Блоки цинка

Блоки массой 500 и 1000 кг предназначены для крупных производств, где расход цинка составляет тонны в смену — ванны горячего цинкования, плавильные печи при литье сплавов ЦАМ. Допустимое отклонение по массе блоков — ±10 %. Блоки выпускаются для всех марок, кроме ЦВ00.

Маркировка цинковых чушек и блоков

Правильная идентификация марки цинка при приёмке и хранении — важная задача для службы входного контроля. ГОСТ 3640-94 устанавливает два вида маркировки: информационную и цветовую.

Информационная маркировка

На каждой чушке и блоке (кроме ЦВ00) должны быть нанесены товарный знак предприятия-изготовителя и номер плавки. На чушках марки ЦВ00 указывают только номер плавки. Эти данные важны для прослеживаемости партии и привязки к сертификату качества.

Цветовая маркировка по ГОСТ 3640-94

Цветовая маркировка наносится по торцу чушки одной полосой краски. Маркируют одну чушку верхнего ряда пакета или штабеля — маркировать каждую чушку не требуется.

Марка	Цвет полосы	Примечание
ЦВ00	Голубой (двойная полоса)	Наносят на тару или ярлык, не на саму чушку
ЦВ0	Голубой	Одна полоса на торце чушки
ЦВ	Жёлтый	Одна полоса на торце чушки
Ц0А, Ц0	Белый	Одна полоса на торце чушки
Ц1	Зелёный	Одна полоса на торце чушки
Ц2	Красный	Одна полоса на торце чушки
Ц3	Коричневый	Одна полоса на торце чушки

Обратите внимание: марки Ц0А и Ц0 имеют одинаковый белый цвет маркировки. Различить их можно только по сертификату качества или результатам химического анализа. При приёмке партий этих марок необходимо внимательно сверять сопроводительную документацию.

Требования к качеству поверхности чушек

На поверхности чушек и блоков не допускается наличие шлаковых и других инородных включений. В изломе или на срезе чушки не должны содержать неметаллических включений. При входном контроле следует визуально осмотреть чушки на предмет видимых вкраплений шлака, пор, раковин и посторонних включений.

Любые подозрительные включения — основание для отбора дополнительных проб на химический анализ. Обнаружение неметаллических включений в изломе является браковочным признаком.

Области применения цинка в чушках

Выбор марки определяется технологическим процессом, в котором будет использоваться цинк. Ниже рассмотрены основные направления применения каждой группы марок.

Применение высокочистого цинка (ЦВ00, ЦВ0, ЦВ)

Марка ЦВ00 (99,997 % Zn) — наивысшая степень чистоты. Применяется в производстве высокочистых химических реактивов, в полупроводниковой электронике и в научно-исследовательских работах, где присутствие даже следовых примесей может исказить результаты.

Марка ЦВ0 (99,995 % Zn) — используется в полиграфической промышленности для отливки печатных форм и шрифтов, а также в автомобильной промышленности для ответственных деталей приборов.

Марка ЦВ (99,99 % Zn) — основное сырьё для производства оксида цинка (ZnO) и цинкового порошка, ответственных деталей для автомобиле- и авиаприборостроения. Именно из этой марки производят цинковый порошок для электротехнической промышленности (с дополнительным ограничением по Sb).

Применение цинка технических марок (Ц0А–Ц3)

Марки Ц0А и Ц0 (99,98 и 99,975 % Zn) — основные марки для горячего и гальванического цинкования стальных изделий и конструкций. При горячем цинковании изделия погружают в расплав цинка при температуре около 450 °C, в результате чего формируется многослойное покрытие толщиной 80–150 мкм с интерметаллидными соединениями Fe–Zn. Также эти марки применяют для легирования алюминиевых сплавов, производства цинковых листов и порошка.

Марка Ц1 (99,95 % Zn) — основное сырьё для гальванических цинковых покрытий, производства горячекатаных цинковых анодов и медно-цинковых сплавов (латуней). В гальванотехнике цинк марки Ц1 применяют как расходный анодный материал: при электролизе анод постепенно растворяется, и ионы цинка осаждаются на катоде (изделии), формируя покрытие толщиной 5–25 мкм.

Марки Ц2 и Ц3 (98,7 и 97,5 % Zn) — наименее чистые марки. Применяются для горячего цинкования менее ответственных конструкций, производства цинковой проволоки по ГОСТ 13073, цинковых листов, порошковых гранул, а также для легирования медно-цинковых сплавов. Марка Ц2 допускает до 1 % свинца — это значительная доля, которая удешевляет продукт, но ограничивает применение там, где важна коррозионная стойкость покрытия.

Приёмка и контроль качества цинка в чушках

Цинк принимают партиями. Партия — чушки или блоки одной марки, одновременно предъявленные к приёмке, оформленные одним документом о качестве. Документ должен содержать номер плавки и результаты химического анализа.

Порядок отбора проб для анализа

Частота отбора проб зависит от марки и определяется стандартом:

Марка	Объём выборки
ЦВ00	От каждой чушки партии
ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1	1 % чушек, но не менее 3 от партии
Ц2, Ц3	2 % чушек, но не менее 3 от партии
Блоки (все марки)	От каждого второго блока

При получении неудовлетворительных результатов хотя бы по одному показателю проводят повторный анализ на удвоенной выборке (для ЦВ00 — на удвоенной пробе) из той же партии. Результаты повторного анализа являются окончательными.

Методы определения примесей регламентированы отдельными стандартами серии ГОСТ 19251: определение железа (ГОСТ 19251.1), свинца и кадмия (ГОСТ 19251.2), меди (ГОСТ 19251.3), мышьяка (ГОСТ 19251.4), олова (ГОСТ 19251.5), сурьмы (ГОСТ 19251.6). Спектральный анализ — по ГОСТ 17261.

Транспортирование и хранение цинка в чушках

Транспортирование

Цинк транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с действующими правилами перевозки грузов. При перевозке железнодорожным транспортом размещение и крепление грузов должно соответствовать техническим условиям погрузки. При перевозке морским транспортом применяются требования ГОСТ 26653. Транспортная маркировка — по ГОСТ 14192 с нанесением манипуляционного знака № 8 («Беречь от влаги»).

Условия хранения

Цинк марки ЦВ00 хранят в закрытых помещениях в упаковке изготовителя, в условиях, исключающих попадание на металл агрессивных веществ и пыли. Чушки остальных марок также рекомендуется хранить в закрытых помещениях, избегая контакта с химическими реагентами, кислотами и источниками влаги.

Гарантийный срок хранения цинка по ГОСТ 3640-94 — 15 лет с момента изготовления. По истечении гарантийного срока продукция должна быть проверена на соответствие требованиям стандарта перед использованием. На практике при правильных условиях хранения цинк в чушках сохраняет свои свойства значительно дольше гарантийного срока.

Требования безопасности при работе с цинком

Металлический цинк нетоксичен и пожаровзрывобезопасен. Опасность представляет аэрозоль оксида цинка (ZnO), который образуется при расплавлении цинка и его взаимодействии с кислородом воздуха. Оксид цинка относится к веществам 2-го класса опасности. Предельно допустимая концентрация ZnO в воздухе рабочей зоны — 0,5 мг/м³.

При работе с расплавленным цинком необходимо применять средства индивидуальной защиты: респиратор типа «Лепесток» (ГОСТ 12.4.028), защитные очки (ГОСТ 12.4.013), спецодежду (ГОСТ 12.4.045) и спецобувь (ГОСТ 28507). Контроль воздуха рабочей зоны на содержание оксида цинка — по ГОСТ 12.1.016.

Практические рекомендации при закупке цинка в чушках

При оформлении заказа на цинк в чушках технологу и специалисту по снабжению рекомендуется учитывать следующие моменты.

Выбор марки определяется конечным технологическим процессом. Для горячего цинкования крупных стальных конструкций, как правило, достаточно марок Ц0 или Ц1. Для гальваники — Ц1. Для литья сплавов ЦАМ — ЦВ (с контролем Pb). Для электроники и реактивов — только ЦВ00.

Каждая партия должна сопровождаться сертификатом (паспортом) качества с указанием номера плавки, марки и результатов химического анализа. Без этого документа приёмка невозможна.

При длительном хранении (более 5–7 лет) перед запуском в производство рекомендуется провести контрольный химический анализ даже при наличии действующего гарантийного срока, особенно для марок ЦВ00 и ЦВ0, где критичны следовые примеси.

Масса чушки определяет удобство работы на конкретном производстве. Для лабораторных и мелкосерийных задач оптимальны чушки ЦВ00 массой 4–5 кг. Для цеховой загрузки гальванических ванн удобнее стандартные чушки 19–25 кг. Для ванн горячего цинкования и плавильных печей — блоки 500–1000 кг.