giovedì 5 febbraio 2015

LO ZINCO (The zinc)



LO ZINCO

Lo zinco è l'elemento chimico di numero atomico 30. Il suo simbolo è Zn.

Lo zinco è solido a temperatura ambiente. È un metallo moderatamente reattivo, che si combina con l'ossigeno e altri non metalli; reagisce con acidi diluiti generando idrogeno. L'unico stato di ossidazione dello zinco è +2. Ha caratteristiche simili al calcio, ma una minore reattività.

In presenza di ditizone assume una colorazione rosso intenso. Lo zinco è un elemento in traccia essenziale, presente nell'organismo in quantità superiore a quella di qualsiasi altro oligoelemento al di fuori del ferro.

Lo zinco è un metallo della seconda colonna del sistema periodico degli elementi, che ha una notevole importanza industriale. Esso si trova di solito in natura sotto forma di blenda (solfuro di zinco -  ZnS), smithsonite (carbonato di zinco -  ZnCO3) e calamina (composto idrato di silice ed ossido di zinco, 2ZnO*SiO2*H2O).

Lo zinco si impiega soprattutto per preparare gli ottoni (con rame) e per la zincatura delle lamiere di ferro (che si ottiene immergendo le lamiere stesse in un bagno di zinco fuso).
La zincatura costituisce una efficace protezione delle lamiere di ferro contro gli agenti atmosferici, anche se in certi punti - a causa di graffiature dovute alla lavorazione e al trasporto - lo strato di zinco viene asportato. Infatti, in casi del genere, lo zinco, in presenza d'acqua, ha la tendenza a sciogliersi e a ricoprire la piccola 'falla'.

Per ottenere il metallo dai minerali, occorre anzitutto trasformarli in ossido. Questo si ottiene riscaldando i minerali e provocando le seguenti reazioni:

ZnS + 1,5 O2 = ZnO + SO2 (per la blenda)

ZnCO3 =  ZnO + CO2 (per la smithsonite)

Ottenuto l'ossido, occorre trattarlo ulteriormente per ottenere il metallo. Si hanno per questo due procedimenti completamente diversi: quello termico e quello elettrolitico.
Quando si segue il processo termico, si opera a temperature vicine ai 1.000° in presenza di carbone e si hanno le reazioni:

ZnO + CO >>> Zn + CO2

CO2 + C >>> 2CO

ZnO + CO >>> Zn + CO2

Occorre regolare accuratamente la marcia dei forni, perché le prime due delle tre reazioni scritte qui sopra possono avvenire anche in senso contrario, in seguito ad una modesta variazione della temperatura del forno stesso.

Lo zinco bolle a 907°; perciò, dato che la temperatura in quella zona del forno dove avvengono le reazioni è di circa 1.000°, il metallo si libera allo stato di vapore e deve esser condensato.

I forni per la preparazione dello zinco consistono di solito di tre parti: la ''muffola'' vera e propria, dove avvengono le reazioni che portano alla liberazione del metallo puro, le "tasche di raccolta" del metallo liquido e le "camere di raccolta" dello zinco in polvere.
Infatti, s€e il raffreddamento dei vapori di zinco non è molto lento, una parte di essi condensa direttamente, e nei forni non è economico prolungare troppo questa fase di raffreddamento.
I forni, di solito, sono riscaldati dall'esterno con gas di gasogeno e vengono caricati superiormente con una miscela di ossido di zinco e carbone.
Consumano di solito circa 1,2 - 2 chilogrammi di carbone per ogni chilogrammo di minerale trattato (consumo assai elevato).

Si ottiene con tale processo uno zinco al 97-98 %, contenente come impurità piombo, cadmio e ferro.

Il processo elettrolitico parte invece dal solfato di zinco, ZnSO4, che si ottiene trattando gli ossidi di zinco con acido solforico.
Il solfato di zinco si scioglie in acqua, e si scinde parzialmente in ioni secondo la reazione:

ZnSO4 = Zn++ SO4--

Gli ioni Zn++ hanno carica elettrica positiva, per cui migrano al polo negativo (catodo), perdono la loro carica, e si depositano su di esso.
Gli ioni solforici SO4-- migrano all'anodo, perdono la loro carica elettrica, e scindono I'acqua della soluzione formando acido solforico secondo la reazione:

SO4 + H2O = H2SO4 + 1/2O2

La formazione dell'acido solforico durante I'elettrolisi complica molto le cose, tanto che in pratica è necessario far circolare continuamente la soluzione tra la cella elettrolitica e la vasca, dove l'acido solforico può attaccare I'ossido di zinco formando solfato di zinco.
Si opera di solito con una tensione di 3 - 3,6 volt, e si consumano 3,2 - 3,6 chilowattore di energia per ogni kg. di zinco raffinato prodotto.
Anche in questo caso, la conduzione degli impianti è assai delicata.

Lo zinco raffinato elettroliticamente è puro al 99,99 %. Dei forni dove vengono arrostiti i minerali di zinco per ottenere I'ossido di zinco, ed in particolare dei forni di arrostimento delle blende, parlerò a proposito dell'acido solforico. Infatti la blenda, agli effetti industriali ed economici, viene considerata materia prima più per la produzione dell'acido solforico che per la produzione dello zinco, ed i grandi forni di arrostime€nto della blenda si trovano appunto negli impianti per la produzione di acido solforico.