Zinc cadmiu și mercur

Din grupa a II-a secundara fac parte zincul, cadmiul si mercurul.

Cel mai vechi obiect de zinc a fost descoperit la sapaturile efectuate, in anul 1939, la Agora din Atena. Este vorba de o placuta dreptunghiulara (40*65 mm) de zinc cu grosimea de 0,55 mm si care dateaza din secolul al IV-lea - al III-lea i.e.n. Cercetarile efectuate au dus la concluzia ca zincul, ca element metalic, nu era cunoscut in vremea aceea si ca prezenta sa sub forma unor obiecte metalice este cu totul intamplatoare.

Numele de zinc (Zinker) este dat pentru prima oara de alchimistul Paracelsus, fara a se preciza daca este vorba de un metal sau de un minereu. Georgius Agricola mentioneaza in lucrarea sa ,,De re metalica" (1556) ca la Goslar, atunci cand se topesc minereurile piritoase curge, mai intai din cuptor, un lichid alb, care probabil era zinc.

Determinarea zincului ca element metalic a fost facuta in anul 1742 de germanii Anton von Schwab si independent de el in 1746, de A.S. Maggraf. Tot in aceasta perioada englezul Champion pune in functiune, la Warmley langa Bristol prima fabrica din Europa de producere a zincului. El s-a bazat pe o serie de cunostinte aduse din orientul indepartat, unde zincul era extras de multa vreme, in vase ceramice inchise si incalzite in exterior cu carbuni.

Importanta care se acorda in prezent acestui metal poate fi dedusa din productia mondiala de zinc, care intre anii 1970-1980 a atins o valoare maxima in 1974, ajungand la aproximativ 6 milioane de tone. Datorita unor factori de conjunctura, cum sunt cei legati de criza mondiala a petrolului, s-a inregistrat o scadere a extractiei de zinc, ajungandu-se in 1979 la o productie de 4,7 milioane tone.

Cadmiul a fost descoperit de chimistul german Strohmeyr in anul 1917 in timp ce prelucra unele minereuri de zinc ca sa obtina carbonat de zinc farmaceutic, spre surprinderea sa, a observat ca in loc sa rezulte solutii incolore, ca de obicei, solutiile respective aveau culoarea galbena. La inceput a crezut ca acestea sunt impurificate cu fier sau arsen, dar dupa verificarile de rigoare a constatat ca se afla in fata unui element nou. Separand oxidul elementului necunoscut, de oxidul de zinc, l-a supus reducerii cu carbune si a reusit sa obtina noul metal pe care l-a numit cadmiu, de la cuvantul grecesc Kadmeia, atribuit, in vechime, oxidului de zinc folosit in vopsitorie.

Mercurul face parte din grupul de metale (aur, cupru, argint, staniu, plumb, fier) cunoscute din cele mai vechi timpuri.

Se presupune ca grecii ar fi primul popor care a descoperit si utilizat mercurul, sau argintul viu cum il mai numeau. Cea dintai mentiune despre acest metal se gaseste in insemnarile lui Aristotel care il numea argint fluid. Invatatii de mai tarziu, printre care si Discorides, descriu cateva metode de extragere a metalului, incluzand si tehnica distilarii, dar este cert ca insemnarile lor veneau mult dupa descoperirea acestui element.

Potrivit conceptiei lui Aristotel, toate metalele aveau origine comuna, ele fiind rezultatul imbinarii a doua tipuri de vapori care se ridica din pamant unul era umed si era asimilat cu mercurul, altul uscat, sub forma de fum, si era asimilat cu sulful. Aceasta istorie a fost folosita multa vreme de alchimistii evului mediu in preocuparea lor de a transforma metalele obisnuite in aur.

Denumirea de mercur vine de la faptul ca alchimistii reprezentau acest metal cu acelasi simbol caracteristic planetei mercur. Simbolul Hg deriva de la denumirea latineasca hidrargyrum (argint lichid).

STARE NATURALA

Zincul, cadmiul si mercurul fac parte din grupa metalelor putin raspandite in natura.

Zincul se gaseste numai sub forma de combinatii chimice, clarkul sau fiind de 0,02%. Mineralele zincului sunt sulfuroase (cele mai importante) si oxidice. De obicei, pe langa zinc mai contin si alte elemente (in special plumb, dar si fier, cupru etc.). Cele mai uzuale minerale utilizate pentru extragerea zincului sunt urmatoarele: blenda sau sfaleritul (sulfura de zinc - ZnS), contine 67,1% zinc; smithsonit (carbonat de zinc - ZnCO3) contine 64,8% zinc; calamina (silicat de zinc - 2ZnO*SiO2*H2O) cu continutul de 67,50 % ZnO si zincit (oxid de zinc - ZnO) care contine 80,3% zinc.

Cadmiul se gaseste in natura numai sub forma de combinatii chimice, clarkul sau avand valoarea de 5*10-5 %. De regula el este prezent in minereurile de zinc, insotind in mod frecvent blenda si smithsonitul. Continutul de cadmiu din minereurile de zinc variaza in limite largi de la 0,02 la 2,5%. Principalele minerale de cadmiu sunt: greenochitul (sulfura de cadmiu - CdS) avand un continut de 77% cadmiu; otawitul (carbonat de cadmiu - CdCO3) si monteponitul (oxidul de cadmiu - CdO).

Mercurul se afla raspandit in natura intr-o proportie redusa 7*10-7%, atat in stare nativa (mai putin) dar, in cea mai mare parte, sub forma de minerale. Mineralul de baza folosit pentru extragerea mercurului este sulfura de mercur (HgS), numita si cinabru; are culoarea rosie stralucitoare si contine 86,2%Hg si 13,8%S. Mineralele mai putin importante sunt calomelul (Hg2Cl2), teimenit (HgSe), cocinit (Hg2I2) etc.

OBTINERE

In minereurile sale zincul se gaseste in proportii relativ mici (6-9% Zn) si de aceea se concentreaza prin flotatie, dupa care continutul de zinc ajunge la 50-60%.

Zincul se extrage din concentrat, atat prin procedee pirometalurgice cat si prin procedee hidrometalurgice; acestea din urma asigura in prezent peste 50% din productia mondiala de zinc.

In ambele variante concentratul trebuie prajit la o temperatura de circa 800oC in vederea eliminarii unei cantitati importante de sulf si a transformarii sulfurii de zinc in oxid dupa reactia:

ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2

In mod asemanator se oxideaza si celelalte sulfuri rezultand oxizi. Cand operatia de prajire are loc la o temperatura mai scazuta se formeaza sulfat de zinc, nedorit in cazul procedeelor pirometalurgice in conformitate cu reactia:

ZnS + 2O2 = ZnS04

Pe cale pirometalurgica dupa prajirea concentratului sunt necesare urmatoarele operatiuni: aglomerare, reducere, distilare si rafinare.

Aglomerarea concentratului prajit are scopul in principal de a transforma materialul prafos in bulgari porosi usor reductibili. Pentru aceasta concentratul prajit se amesteca cu retur si cu concentrat neprafos astfel dozat incat sa se asigure un continut de 7-9%S, necesar pentru desfasurarea procesului fara aport de caldura din exterior. La unele procedee nu se mai face o prajire prealabila, concentratul crud se amesteca direct cu aglomeratul retur in proportii corespunzatoare mentinerii continutului de sulf optim. Aglomerarea are loc la 1200oC, in instalatii continue prevazute cu gratare inelare (de tip Dwight - Loyd Schlippenbach) sau cu gratare de banda (de tip Dwight - Loyd).

A treia etapa se refera la reducerea, evaporarea si condensarea Zn. Reactia de reducere a oxidului de zinc din aglomerat se realizeaza la temperaturi peste 1000 oC, astfel:

ZnO + C = CO + Zn

La aceste temperaturi zincul redus se volatilizeaza si paraseste cuptorul cu gazele evacuate fiind ulterior captat prin condensare.

Unul din procedeele mai vechi utilizat in tara noastra pentru reducerea si distilarea zincului este procedeul Birkengang.

Acest procedeu are cateva mari dezavantaje ca productivitate redusa, discontinuitate in functionare etc. Motiv pentru care au fost concepute si alte procedee pentru reducerea si distilarea zincului. Unul dintre acestea este procedeul Morgan, pus la punct in cadrul societatii Imperial Smelting Co Ltd. din Marea Britanie, procedeu care se aplica si in tara noastra. Cunoscut sub denumirea prescurtata de I.S.P., procedeul prevede reducerea si distilarea zincului in cuptoare verticale cu cuva, cu functionare continua. Incarcatura de materiale alcatuita din aglomerat si cocs este introdusa pe la partea superioara, cu ajutorul unui dispozitiv alcatuit din doua conuri care asigura o inchidere etansa. La partea inferioara a cuptorului se afla creuzetul unde se colecteaza Pb (metal care insoteste de regula minereurile de Zn) si zgura. Deasupra creuzetului printr-o conducta inelara se sufla aer preincalzit. In aceasta zona peretii cuptorului sunt confectionati din elemente metalice de racire cu apa. Vaporii de Zn si gazele rezultate din cuptor (in care se afla si vaporii de Pb) se elimina pe la partea superioara, unde temperatura depaseste 1000 oC si trec in doua condensatoare in care se capteaza Zn si Pb. Condensatoarele sunt prevazute cu agitatoare mecanice si pompe cu ajutorul carora amestecul de Zn si Pb este dirijat catre un