Цинковая пыль

Цинковая пыль — тонкодисперсный металлический порошок светло-серого или серого цвета с содержанием металлического цинка от 95 до 98 %. Частицы имеют размер от единиц до нескольких десятков микрон. Цинковый порошок выпускается по ГОСТ 12601-76 и подразделяется на два класса: класс А (мелкозернистый, марки ПЦ1–ПЦ4) и класс Б (крупнозернистый, марки ПЦ6, ПЦ7). Сырьём для всех марок служит цинк марок ЦВ, Ц0 или ЦОА по ГОСТ 3640. Цинковая пыль востребована в антикоррозионной защите, гидрометаллургии, химической промышленности и ряде других отраслей.

Способы получения цинковой пыли

Согласно ГОСТ 12601-76, промышленное производство цинкового порошка ведётся двумя основными способами.

Ректификация (конденсация паров цинка)

Цинк испаряют из расплава, пары конденсируются в виде мелкодисперсного порошка. Этим способом получают порошок класса А — марки ПЦ1, ПЦ2, ПЦ3, ПЦ4. Частицы имеют преимущественно округлую (сферическую или эллипсоидную) форму. Класс А отличается высокой дисперсностью: остаток на контрольной сетке № 0315К не допускается.

Распыление расплава

Расплавленный цинк распыляется потоком газа, капли застывают в полёте. Продукт — крупнозернистый порошок класса Б (марки ПЦ6, ПЦ7). Просеивание через контрольную сетку № 063К подтверждает отсутствие комков и гранул. Частицы порошка класса Б крупнее, чем у класса А, что определяет его применение в составах для термодиффузионного цинкования.

Марки цинковой пыли по ГОСТ 12601-76

Стандарт устанавливает семь марок, различающихся по содержанию металлического цинка и допустимым примесям. Ниже приведён химический состав в соответствии с таблицей 1 ГОСТ 12601-76.

Химический состав цинкового порошка

Класс	Марка	Zn металл., не менее, %	Fe, не более, %	Pb, не более, %	Cd, не более, %	Cu, не более, %
А	ПЦ1	96	0,0005	0,001	0,0015	0,0004
А	ПЦ2	95	0,0005	0,002	0,002	0,0004
А	ПЦ3	95	0,002	0,006	0,006	0,001
А	ПЦ4	95	0,007	0,02	0,05	0,005
Б	ПЦ6	98	0,006	0,014	0,005	0,001
Б	ПЦ7	95	0,006	0,014	0,005	0,001

Помимо указанных примесей, стандарт нормирует содержание олова, мышьяка и сурьмы. Для марок ПЦ1 и ПЦ2 содержание Sn ≤ 0,001 %, As ≤ 0,0005 %, Sb ≤ 0,001 %. Для фармацевтических целей и производства красителей к порошку предъявляются дополнительные требования по чистоте.

Гранулометрический состав

Размер частиц определяет область применения. Для класса А (марки ПЦ1–ПЦ4) остаток на контрольных сетках составляет от 0,04 % (на сетке № 008К для ПЦ1) до 5 % (на сетке № 0071К для ПЦ4). Для класса Б содержание рабочей фракции –0,63+0,16 мм для ПЦ6 — не менее 94 %, фракции –0,25+0,05 мм для ПЦ7 — не менее 90 %. Средний размер частиц порошка ПЦ1 не превышает 10 мкм, что делает эту марку наиболее пригодной для цементации благородных металлов.

Применение цинковой пыли

Антикоррозионные грунтовки и краски

Основная сфера потребления цинковой пыли — протекторные (цинкнаполненные) лакокрасочные материалы. Цинковый порошок вводят в состав грунтовок и красок, содержащих от 80 до 95 % цинка в сухой плёнке. Такие покрытия обеспечивают электрохимическую (катодную) защиту стали: цинк, обладая более отрицательным электродным потенциалом, выступает в роли протектора. Цинкнаполненные покрытия применяются для защиты мостов, опор ЛЭП, портовых сооружений, трубопроводов и корпусов судов.

Термодиффузионное цинкование

Цинковый порошок — основной расходный материал для термодиффузионного цинкования (ТДЦ) по ГОСТ Р 9.316-2006. Процесс проводится при температуре 400–470 °С в герметичном контейнере, заполненном цинкосодержащей смесью. Атомы цинка диффундируют в поверхностный слой стального или чугунного изделия, формируя интерметаллидные фазы Fe–Zn. Покрытие отличается высокой адгезией, равномерностью (включая резьбу, отверстия, полости) и стойкостью к механическим нагрузкам. Для ТДЦ применяют преимущественно крупнозернистый порошок класса Б.

Цементация благородных металлов

В гидрометаллургии золота и серебра цинковая пыль используется для осаждения (цементации) драгоценных металлов из цианистых растворов. Метод известен как процесс Меррилл-Кроу. Электродный потенциал цинка (–1,26 В в цианистых растворах) значительно отрицательнее, чем у золота (–0,61 В) и серебра (–0,51 В), что обеспечивает полноту осаждения до 99,9 %. Для этих целей применяют высокочистый мелкодисперсный порошок ПЦ1 с содержанием металлического цинка не менее 96 %. Расход цинковой пыли составляет 15–50 г на тонну раствора в зависимости от концентрации золота.

Гидрометаллургия цинка

При получении цинка гидрометаллургическим способом цинковую пыль используют для очистки раствора сульфата цинка от примесей меди и кадмия методом цементации. Это один из обязательных этапов подготовки электролита перед электроэкстракцией цинка.

Химическая промышленность

Цинковая пыль применяется как восстановитель в органическом синтезе, при производстве гидросульфита натрия и ронгалита. Порошок используется в качестве наполнителя при производстве фторопласта и других полимеров, а также в составе смазочных материалов.

Производство химических источников тока

Цинковый порошок является активным материалом отрицательного электрода щелочных и воздушно-цинковых элементов питания. Для этих целей ГОСТ 12601-76 предъявляет особые требования к упаковке — оцинкованные барабаны с пропаянными швами или оцинкованные фляги, исключающие загрязнение порошка.

Пиротехника

Мелкодисперсный цинковый порошок применяется в пиротехнических составах в качестве горючего компонента, обеспечивающего голубой цвет пламени.

Пожаро- и взрывоопасность

Цинковый порошок относится к 4-й группе пожаровзрывоопасных веществ. Температура воспламенения аэровзвеси — 600 °С, нижний концентрационный предел взрываемости в воздухе — 480 г/м³. Требования пожарной безопасности при работе с цинковым порошком регламентируются ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010. Из-за высокой удельной поверхности тонкодисперсная цинковая пыль склонна к окислению и разогреву при контакте с влагой, поэтому её хранение и транспортировка допускаются только в герметичной таре.

Требования безопасности и класс опасности

Цинковый порошок обладает токсичными свойствами. Основной путь поступления в организм — через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. Вдыхание цинковой пыли в высоких концентрациях способно вызвать литейную лихорадку — острое состояние с ознобом, повышением температуры, кашлем и слабостью. Хроническое воздействие приводит к катарам верхних дыхательных путей и желудочно-кишечным расстройствам. Работы с цинковым порошком проводятся в помещениях с приточно-вытяжной вентиляцией, персонал использует респираторы и защитную спецодежду.

Упаковка цинковой пыли

По ГОСТ 12601-76 цинковый порошок упаковывают в герметичную тару нескольких типов:

Вид тары	Масса брутто, не более
Специальный металлический контейнер (вместимость 0,36 м³)	1500 кг
Металлический барабан (вместимость 0,01–0,015 м³)	65 кг
Фляга (вместимость 0,03–0,04 м³)	100 кг
Полиэтиленовый мешок	15 кг

Не допускается заливка крышек тары битумом или другим органическим веществом, которое может попасть в порошок при раскупорке. Для порошка, предназначенного для производства химических источников тока, обязательна оцинкованная тара с пропаянными швами.

Транспортировка и хранение

Транспортная маркировка наносится по ГОСТ 14192 с манипуляционным знаком «Беречь от влаги». Совместная перевозка цинкового порошка с горючими веществами, кислотами и щелочами не допускается. Гарантийный срок хранения цинковой пыли при соблюдении условий транспортировки и хранения — шесть месяцев с даты изготовления. Причина ограниченного срока — окисление металлического цинка кислородом воздуха и влагой: содержание оксида цинка в порошке растёт, а доля активного металлического цинка снижается, что ухудшает функциональные свойства продукта.

Выбор марки цинковой пыли под задачу

Подбор марки определяется технологическими требованиями конкретного процесса. Высокочистые марки ПЦ1 и ПЦ2 с минимальным содержанием примесей используют в гидрометаллургии благородных металлов, фармацевтике и электротехнике. Марки ПЦ3 и ПЦ4 — в химической промышленности, при производстве красителей и восстановителей. Крупнозернистые ПЦ6 и ПЦ7 — в составах для термодиффузионного цинкования и при производстве цинковых анодов. При заказе необходимо указывать марку порошка, класс и целевое назначение, так как к некоторым применениям предъявляются дополнительные требования по чистоте сверх стандартных норм.