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鋼材百科

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鋅是一種白色略帶藍灰色金屬,具有金屬光澤,在自然界中多以硫化物狀態存在。鋅的密度為7.2克/立方厘米,熔點為419.5℃,沸點906℃,莫氏硬度為2.5,其六面體晶體結構穩定性極強,無法改變,但可以加強。鋅較軟,僅比鉛和錫硬,展性比鉛小,比鐵大;展性比銅和錫小。細粒結晶的鋅比粗粒結晶的鋅容易錕軋及抽絲。

原子體積:(立方厘米/摩爾)

9.2

聲音在其中的傳播速率:(m/S)

3850

元素在太陽中的含量:(ppm)

2

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面0.00005

地殼中含量:(ppm)

75

氧化態:

MainZn+2

OtherZn+1

電離能(kJ/mol)

M-M+906.4

M+-M2+1733.3

M2+-M3+3832.6

M3+-M4+5730

M4+-M5+7970

M5+-M6+10400

M6+-M7+12900

M7+-M8+16800

M8+-M9+19600

M9+-M10+23000

晶胞參數:

a=266.49pm

b=266.49pm

c=494.68pm

α=90°

β=90°

γ=120°

莫氏硬度:2.5

鋅的化學性質活潑,在常溫下的空氣中,表面生成一層薄而致密的堿式碳酸鋅膜,可阻止進一步氧化。當溫度達到225℃后,鋅氧化激烈。燃燒時,發出藍綠色火焰。鋅易溶于酸,也易從溶液中置換金、銀、銅等。

鋅的用途

由于鋅在常溫下表面易生成一層保護膜,所以鋅最大的用途是用于鍍鋅工業。鋅能和許多有色金屬形成合金,其中鋅與鋁、銅等組成的合金,廣泛用于壓鑄件。鋅與銅、錫、鉛組成的黃銅,用于機械制造業。含少量鉛鎘等元素的鋅板可制成鋅錳干電池負極、印花鋅板、有粉腐蝕照像制板和膠印印刷板等。鋅與酸或強堿都能發生反應,放出氫氣。鋅肥(硫酸鋅、氯化鋅)有促進植物細胞呼吸、碳水化合物的代謝等作用。鋅粉、鋅鋇白、鋅鉻黃可作顏料。氧化鋅還可用于醫藥、橡膠、油漆等工業。

自然界中,鋅多以硫化物狀態存在。主要含鋅礦物是閃鋅礦。也有少量氧化礦,如菱鋅礦和異鋅礦。

元素名稱:鋅

元素符號:Zn

元素英文名稱:Zinc

相對原子質量65.39:

元素類型:金屬元素

原子序數:30

質子數:30

中子數:35

摩爾質量:65

所屬周期:4

所屬族數:IIB

核外電子排布:2-8-18-2

晶體結構:晶胞為六方晶胞。

顏色和狀態:帶藍的淺灰色

密度:7.133g/cm3(20℃)

熔點:419.6℃

沸點:907℃

原子半徑(計算值):135(142)pm

鋅的發現簡史

鋅也是人類自遠古時就知道其化合物的元素之一。鋅礦石和銅熔化制得合金——黃銅,早為古代人們所利用。但金屬狀鋅的獲得比銅、鐵、錫、鉛要晚得多,一般認為這是由于碳和鋅礦共熱時,溫度很快高達1000C以上,而金屬鋅的沸點是906C,故鋅即成為蒸氣狀態,隨煙散失,不易為古代人們所察覺,只有當人們掌握了冷凝氣體的方法后,單質鋅才有可能被取得。

世界上最早發現并使用鋅的是中國,在10~11世紀中國是首先大規模生產鋅的國家。明朝末年宋應星所著的《天工開物》一書中有世界上最早的關于煉鋅技術的記載。生產過程非常簡單,將爐甘石(即菱鋅礦石)裝滿在陶罐內密封,堆成錐形,罐與罐之間的空隙用木炭填充,將罐打破,就可以得到提取出來的金屬鋅錠。另外,我國化學史和分析化學研究的開拓者王鏈(1888—1966)在1956年分析了唐、宋、明、清等古錢后,發現宋朝的紹圣錢中含鋅量高,提出中國用鋅開始于明朝嘉慶年間的正確的科學結論。鋅的實際應用可能比《天工開物》成書年代還早。

鋅的名稱來源于拉丁文Zincum,意思是“白色薄層”或“白色沉積物”,它的化學符號Zn也來源于此,其英文名稱是Zinc。

發現過程:

元素描述:

純鋅呈藍白色,有光澤。硬度2.5(莫氏硬度)。具有延展性。密度7.14克/厘米3。熔點419.58℃,沸點907℃。化合價2。已知鋅有十五個同位素。是很好的導熱體和導電體。電離能9.394電子伏特。休學性質比較活潑,但在空氣中較穩定,與酸和堿作用會放出氫氣。

元素來源:

主要礦石是鐵閃鋅礦或閃鋅礦ZnS。將礦石在空氣中煅燒成氧化鋅,然后用炭還原即得;或用硫酸浸出成硫酸鋅后,再用電解法將鋅沉積出來。

對環境的影響:

一、健康危害

侵入途徑:吸入、食入。

從鋅詿痿味、口渴、胸部緊束感、干咳、頭痛、頭暈、高熱、寒戰等。粉塵對眼有刺激性。口服刺激胃腸道。長期反復接觸對皮膚有刺激性

二、毒理學資料及環境行為

遷移轉化:天然水中的鋅以可溶的絡合物狀態存在。天然水中的鋅還要向底質沉積物遷移轉化。鋅可與天然水中的粘土礦物締合,被吸附在日格中成為吸著離子,吸持的形式為Zn2+、ZnOH+及ZnCl+。此時鋅隨同粘土礦物沉積遷移到底質中。鋅還可形成化學沉淀物向底質遷移。含鋅廢水排放到天然水體中后,在堿性環境生成Zn(OH)2絮狀沉積物遷移到底質中。Zn2+與S2-有很的親合力,也可形成溶度積極小的ZnS沉積到底質中。測定結果表明,底質沉積物中含鋅范圍為45~2221ppm,平均110ppn,是水體中鋅含量的10,000倍。水生動植物有很強的吸收鋅的能力,致使水中的鋅向生物體內遷移。

一般說來,水生動植物體內鋅的濃度可比水相中鋅的濃度高出1000~100,000倍。因此鳳眼蓮、菹草、金魚草、浮萍有希望作污水中鋅的凈化植物。土壤中鋅的遷移性取決于土壤的pH值。鋅在酸性土壤中容易發生遷移。當土壤為酸性時,被粘土礦物吸附的鋅易于解脫,土壤中不溶的氫氧化鋅可和酸作用,轉變成可溶的Zn2+狀態,土壤中鋅以Zn2+為主,容易淋失遷移或被植物吸收,因此,缺鋅現象常常在酸性土壤中存在。

鋅濃度為2mg/L時,水有異味,濃度為5mg/L時水呈乳濁狀。

對生物降解的影響:水中濃度1-3mg/L時,廢水的生物處理受抑制。

危險特性:具有強還原性。與水、酸類或堿金屬氫氧化物接觸能放出易燃的氫氣。與氧化劑、硫黃反應會引起燃燒或爆炸。粉末與空氣能形成爆炸性混合物,易被明火點燃引起爆炸,潮濕粉塵在空氣中易自行發熱燃燒。

燃燒(分解)產物:氧化鋅。

元素用途:

鋅的最重要的用途是制造鋅合金和作為其他金屬的保護層,如電鍍鋅,以及制造黃銅、錳青銅、白鐵和干電池。鋅粉是有機合成工業的重要還原劑。

元素輔助資料:

鋅和銅的合金——黃銅,早被古人利用,黃銅的生產可能是冶金學上最早的偶然發現之一。但是人們取得鋅比較晚,碳和鋅礦共熱時,溫度很快高達1000℃,而鋅在923℃沸騰,在此溫度下成蒸汽狀態,隨煙散失,不易為古代人們察覺,只有當人們掌握了冷凝氣體的方法后,單質鋅才有可能被取得。因此,鋅登上歷史舞臺的時間要比銅、錫、鐵、鉛晚的多。

據國外學者們考證,我國古代勞動人民首先生產出鋅。我國制取鋅的方法講述最清楚的出現在明朝末年宋應星著述的《天工開物》中。西方認為最早講到鋅的是德國貴族政治學家龍涅斯在1617年發表的著述,他敘述在熔鉛的爐壁上出現白色的金屬,工人們稱它為zinck或conterfeht,這種白色金屬像是錫,但比較硬,缺乏延展性,沒有太大用途。鋅的拉丁名稱zincum和元素符號Zn由此而來。

1737年和1746年德國礦物學家亨克爾和化學家馬格拉夫先后將菱鋅礦與木炭共置陶制密閉容器中燒,得到金屬鋅。拉瓦錫在1789年發表的元素表中,首先將鋅列為元素。

鋅(Zinc)

硫酸鋅(ZincSulfate)

葡萄糖酸鋅(ZincGluconate)

作用與應用:鋅對人體的免疫功能起著調節作用,鋅能維持男性的正常生理機能,促進兒童的正常發育,促進潰瘍的愈合。常用于厭食、營養不良、生長緩慢的兒童,還可治療脫發、皮疹、口腔潰瘍、胃炎等。

用法用量:口服硫酸鋅片每日量一般為200~300mg,分2~3次服,或者每日200mg,連服4天。

口服葡萄糖酸鋅在體內解離為鋅離子和葡萄糖,口服吸收效果比硫酸鋅好,日用量是硫酸鋅的三分之一。

成人口服每次3~6片,每日2次。

小兒服用每公斤體重3.5~14mg,每日2~3次。

【副作用】

常見為消化道反應,惡心、嘔吐、腹瀉等。

【注意事項】

不宜空腹或與牛奶同服,長期服用要定期測血鋅,以防服用過量而影響銅、鐵離子的代謝。

鋅是人體中不可缺少的元素,發揮著重要作用。成人體內有鋅約2—2.5g。其中眼、毛發、骨骼、男性生殖器官等組織中最高;腎、肝、肌肉中中等。人體血液中的鋅有75—85%在紅細胞里,3—5%在白細胞中,其余在血漿中。

鋅主要在小腸吸收,平均每天從膳食中攝入約15mg,吸收率為20—30%。鋅的吸收率會受食物中植酸和鈣的影響,因鋅可與其生成不易溶解的復合物。纖維素也會影響鋅的吸收。

鋅主要通過胰臟外分泌排出,另有小部分隨尿排出。汗中一般每升含鋅1mg,大量出汗時,一天隨汗丟失的鋅可達4mg。

鋅有著重要的生理功能,人們進行了大量的研究:

1.是人體中100多種酶的組成部分。這些酶在組織呼吸和蛋白質、脂肪、糖、核酸等代謝中起重要作用。

2.鋅是DNA聚合酶的必需組成部分,缺新時蛋白質合成障礙。可導致侏儒癥、損傷組織愈合困難、胎兒發育受影響。

3.鋅參加唾液蛋白構成,鋅缺乏可導致味覺遲鈍,食欲減退。

4.鋅參加維生素A還原酶和視黃醇結合蛋白的合成。

5.促進性器官正常發育保持正常的性功能。缺鋅導致性成熟遲緩,性器官發育不全,性功能降低,精子減少,月經不正常。

6.保護皮膚健康。缺鋅時皮膚粗糙、干燥、上皮角化和食道類角化;傷口愈合緩慢,易受感染。

7.維護免疫功能。根據鋅在DNA合成中的作用,缺鋅時導致免疫細胞增殖減少,胸腺活力降低。由于鋅在抗氧化生化酶中的作用,缺鋅導致細胞表面受體發生變化。

8。其他功能:鋅有助于清除體內膽固醇,防治動脈粥樣硬化癥;鋅有助于抑制癌癥的發生等。

鋅的吸收與代謝

鋅主要在小腸被主動吸收,其一部分通過腸黏膜細胞轉運到血漿,同白蛋白以及α-巨球蛋白結合,或與氨基酸和其他配價基結合后分布于各器官,另一部分則儲存在黏膜細胞內緩慢釋放。鎘、銅、鈣、亞鐵離子、植酸和膳食纖維會干擾鋅的吸收。促進吸收因素包括維生素D3、內源性白細胞調節劑(LEM)、前列腺素E2,一些氨基酸和蛋氨酸(甲硫氨酸)、組氨酸、半胱氨酸,還原性谷胱甘肽、枸櫞酸鹽、吡啶羧酸鹽等。糞是鋅排泄的主要途徑,一部分鋅與組氨酸形成復合物從尿液中排出。

好的富含鋅的食物來源包括:肝臟、貝殼類魚、牡蠣、瘦肉、罐裝魚、硬奶酪、粗營養食物、堅果、蛋和豆類。蔬菜含有較小量的鋅,并且也含有混合成分如肌醇六磷酸和草酸鹽,而這兩種成分能捆綁住鋅,使其不能被身體充分吸收。谷物中的鋅被發現主要存在于胚芽和麥麩這樣的包裹物中,所以提純和加工提煉會使食物的外層包裹物喪失殆盡,因而存在于其中的大量的鋅就會喪失,只有少量的鋅被保留下來。因此鋅的總量減少。例如,提純過的面粉將失去77%的鋅,提純過的大米會損失83%的鋅,并且谷類的精加工會使原天然的未加工的粗糙谷物平均喪失80%的鋅。谷物精加工的益處是,它們的肌醇六磷酸含量降低了,而肌醇六磷酸是限制鋅被身體吸收的物質。所以更多的鋅實際上從加工過的面包和谷物里披身體吸收了。

無數據

原子屬性

原子量65.409原子量單位

原子半徑(計算值)135(142)pm

共價半徑131pm

范德華半徑139pm

價電子排布[氬]3d104s2

電子在每能級的排布2,8,18,2

氧化價(氧化物)2(兩性的)

晶體結構六角形

物理屬性

物質狀態固態

熔點692.68K(419.53°C)

沸點1180K(907°C)

摩爾體積9.16×10-6m3/mol

汽化熱115.3kJ/mol

熔化熱7.322kJ/mol

蒸氣壓192.2帕(692.73K)

聲速3700m/s(293.15K)

其他性質

電負性1.65(鮑林標度)

比熱390J/(kg·K)

電導率16.6×106/(米歐姆)

熱導率116W/(m·K)

第一電離能906.4kJ/mol

第二電離能1733.3kJ/mol

第三電離能3833kJ/mol

第四電離能5731kJ/mol

最穩定的同位素

同位素豐度半衰期衰變模式衰變能量

MeV衰變產物

64Zn48.6%穩定

65Zn人造244.26天電子捕獲1.35265Cu

66Zn27.9%穩定

67Zn4.1%穩定

68Zn18.8%穩定

72Zn人造46.5小時β衰變0.45872Ga

在沒有特別注明的情況下使用的是

國際標準基準單位單位和標準氣溫和氣壓

鋅是一種化學元素,它的化學符號是Zn,它的原子序數是30,是一種淺灰色的過渡金屬。

鋅是第四常見的金屬,僅次于鐵、鋁及銅。

鋅是一個與化學相關的小作品。你可以通過編輯或修訂擴充其內容。

三千多年前古埃及人就開始用一種鋅制劑——卡拉明來治療皮膚病。當然那時并不知道鋅元素,鋅是中國科學家宋應星首先發現的,并于1637年在其名著“天工開物”中述及了鋅的制法等,以后隨著化學的發展,1750~1850年人們已開始用氧化鋅和硫化鋅來治病。1869年Raulin發現鋅存在于生活機體中,并為生活機體所必需。1963年報告了人體的鋅缺乏病,于是鋅開始列為人體必需營養素。

鋅在人體內的分布和代謝

成人體內含鋅約2~3g,存在于所有組織中,3~5%在白細胞中,其余在血漿中。血液中的鋅濃度全血約為900μg·100ml-1,紅細胞約為1400μg·100ml-1,白細胞含鋅量約為紅細胞的25倍,血漿和血清中的鋅濃度約為100~140μg%(血清鋅稍高于血漿鋅,約高出5~15μg·100ml-1)。

頭發含鋅量約為125~250μg·g-1,其量可反映人體鋅的營養狀況。陳志祥曾報告上海南京成年男性發鋅含量分別為179±38μg·g-1和197±μg·g-1,成年女性發鋅含量分別為191±47μg·g-1和209±62μg·g-1。

鋅主要在小腸內吸收,先來自胰臟的一種小分子量的能與鋅結合的配結合的配體結合,進入小腸粘膜,然后和血漿中的白蛋白或運鐵蛋白結合,隨血流進入門脈循環。

人們平均每天從膳食中攝入約10~15mg的鋅,吸收率一般為20~30%。

鋅的吸收率可因食物中的含磷化合物植酸而下降,因植酸與鋅生成不易溶解的植酸鋅復合物而降低鋅的吸收率。植酸鋅還可與鈣進一步生成更不易溶解的植酸鋅的-鈣復合物,使鋅的吸收率進一步下降。

纖維素亦可影響鋅的吸收,植物性食物鋅的吸收率低于動物性食物,這與其含有維生素和植酸有關。

鋅的吸收率還部分地決定于鋅的營養狀況。體內鋅缺乏時,吸收率增高。

吸收的鋅,經代謝后主要通過胰臟的分泌而由腸道排出,只有小部分(每天約0.5mg)糖尿排出,其量比較穩定,顯然不受年齡、性別、攝入量和尿量的影響。

汗中亦含有鋅,一般約為1mg·L-1,在無明顯出汗時,每天隨汗丟失的鋅量很少,但在大量出汗時,據測定一天隨汗丟失的鋅可高達4mg。

大鼠的研究表明,鋅與鐵相反,體內儲備不易動員。因此,特別需要有規律的外源補充,尤其是在生長期。

鋅的生理功用

(1)參加人體內許多金屬酶的組成鋅是人機體中200多種酶的組成部分,在按功能劃分的六大酶類(氧化還原酶類、轉移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構酶類和合成酶類)中,每一類中均有含鋅酶。人體內重要的含鋅酶有碳酸酐酶、胰羧肽酶、DNA聚合酶、醛脫氫酶、谷氨酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶、丙酮酸氧化酶等。它們在組織呼吸以及蛋白質、脂肪、糖和核酸等的代謝中有重要作用。

催化CO2+H2O→H2CO3反應的碳酸酐酶以足夠的速率消除CO2而維持生命。因此,這種酶可使人免于CO2中毒,沒有這種酶就不能以足夠的速率消除CO2而維持生命。因此,這種酶對于CO2輸送的重要性有如紅細胞對氧的輸送。在人體紅細胞中,每mol的碳酸酐酶都含有1g原子的鋅。已證明在正常的病理條件下,紅細胞中鋅的含量與碳酸酐酶活力之間存在相關。

來自胰液的羧肽酶A和B,每mol蛋白質都含有1g原子的鋅,鋅原子對這些酶的催化作用是必需的。在試管內羧肽酶的鋅可被其它金屬如鈷、錳、鎳、鐵、鎘、汞和鉛所取代,結果顯著改變了催化作用和基質的特異性。羧肽酶A和B兩者均隨胰液進入腸道,參加蛋白質水解。

其它含鋅酶,如堿性磷酸酶,乳酸脫氫酶、丙酮酸羧化酶、蘋果酸脫氫酶在蛋白質、脂肪、糖的代謝中都有重要的作用。

(2)促進機體的生長發育和組織再生鋅是調節基因表達即調節DNA復制、轉譯和轉錄的DNA聚合酶的必需組成部分,因此,缺鋅動物的突出的癥狀是生長、蛋白質合成、DNA和RNA代謝等發生障礙。在人體,缺鋅兒童的生長發生到嚴重影響而出現缺鋅性侏儒癥。不論成人或兒童缺鋅都能使創傷的組織愈合困難。鋅不僅對于蛋白質和核酸的合成而且對于細胞的生長、分裂和分化的各個過程都是必需的。因此,鋅對于正處于生長發育旺盛期的嬰兒、兒童和青少年,對于組織創傷的患者,是更加重要的營養素。

鋅對于胎兒的生長發育很重要。妊娠期間甚至短時期缺鋅,也可使大鼠的后代發生先天性畸形。包括骨骼、大腦、心臟、眼、胃腸道和肺。胎兒的死亡率也增加。

(3)促進食欲動物和人缺鋅時,出現食欲缺乏。口服組氨酸以造成人工缺鋅時(組氨酸可奪取體內結合于白蛋白的鋅,使之從尿中排出,引起體內缺鋅),也可引起食欲顯著減退。這都證明鋅維持正常食欲中的作用。

(4)鋅缺乏對味覺系統有不良的影響,導致味覺遲鈍。鋅可能通過參加構成一種含鋅蛋白-唾液蛋白對味覺及食欲起促進作用。

(5)促進性器官和性機能的正常缺鋅大鼠前列腺和精囊發育不全,精子之減少,給鋅后可使之恢復。已發生睪丸退變者則不能恢復。在人體,缺鋅使性成熟推遲,性器官發育不全,性機能降低,精子減少,第二性征發育不全,月經不正常或停止,如及時給鋅治療。這些癥狀都好轉或消失。

(6)保護皮膚健康動物和人都可因缺鋅而影響皮膚健康,出現皮膚粗糙、干燥等現象。在組織學上可見上皮角化和食道的類角化(這可能部分地與硫和粘多糖代謝異常有關,在缺鋅動物身上已發現了這種代謝異常)。這時皮膚創傷治愈變慢,對感染的易感性增加。

(7)參加免疫功能過程鋅在保持免疫反應中的作用近些年來已引起注意。根據它在DNA合成中的作用,推測它在參加包括免疫反應細胞在內的細胞復制中起著重要作用。缺鋅動物的胸腺萎縮,胸腺和脾臟重量減輕。人和動物缺鋅時T細胞功能受損,引起細胞介導免疫改變,使免疫力降低。同時缺鋅還可能使有免疫力的細胞增殖減少,胸腺因子活性降低,DNA合成減少,細胞表面受體發生變化。因此,機體缺鋅可削弱免疫機制,降低抵抗力,使機體易受細菌感染。1978年在牙買加的一次研究提示,鋅缺乏是蛋白質-能量營養不良嬰兒免疫力缺乏的原因。

鋅的需要量和來源

人體對于鋅的需要量因生理條件而異,妊娠、授乳和生長均可使需要量增加。這可從上述鋅的生理功用中得到解釋。同時,人體對于鋅的需要量也因膳食組成而異,膳食中谷類食物所占的比率較高時,鋅的供應量也要求增加。因谷類食物的植酸和纖維素可減低鋅的吸收率。

現在還不知道最適于健康和生長的精確的最小鋅的需要,但作參考數字,WHO于1977年推薦了臨時的鋅供給量標準如下:(按每人每天計)嬰兒及兒童0~12個月6mg,1~10歲8mg;男性11~17歲14mg,18歲以上11mg,女性10~13歲13mg,14歲以上11mg。妊娠婦女15mg,授乳婦女27mg。這一標準是按鋅的可利用率為20%提出的。美國也根據鋅平衡研究的結果,于1980年初步推薦了如下的每日鋅供給量:嬰兒0~0.5mg,孕婦加5mg,乳母加10mg。并指出在這一標準中,鋅的攝入量應來自含有足夠動物蛋白的平衡膳食。我國營養學會1988年10月修訂的每日膳食中營養素供給量已包括鋅的數字,與述美國所提出的量相同,僅孕婦與乳母均加5mg。

鋅的來源廣泛,普遍存于各種食物,但動植物性食物之間,鋅的含量和吸收利用率很大差別。動物性食物含鋅豐富且吸收率高。據報告每公斤食物含鋅量,如牡蠣、鯡魚都在1000mg以上,肉類、肝臟、蛋類則在20~50mg之間。我國預防醫學科學院營養與食品衛生研究所編著的“食物成分表”已列出我國部分食物的鋅含量,每公斤含鋅在30mg以上的有大白菜、黃豆、白蘿卜;含鋅在10~30mg之間的有稻米(糙)、小麥、小麥面、小米、玉米、玉米面、高梁面、扁豆、馬鈴薯、胡蘿卜、紫皮蘿卜、蔓菁、蘿卜纓、南瓜、匣子;含鋅不足10mg的有甜薯干。

7.5.4鋅缺乏和鋅中毒

(1)鋅缺乏兒童發生慢性鋅缺乏病時,主要表現為生長停滯。青少年除生長停滯外,還會人性成熟推遲、性器官發育不全、第二性征發育不全等。如果鋅缺乏癥發生于孕婦,可以不同程度地影響胎兒的生長發育,以致引起胎兒的種種畸形。不論兒童或成人缺鋅,均可引起味覺減退及食欲不振,出現異食癖。例如發生于伊朗的缺鋅性侏儒癥中,常見有食土癖。嚴重缺鋅時,即使肝臟中有一定量維生素A儲備,亦可出現暗適應能力降低。鋅缺乏病一般不有皮膚干燥糙等癥狀,在急性鋅缺乏病中,主要表現為皮膚損害和禿發病,也有發生腹瀉、嗜眠閏、抑郁癥和眼的損害。

鋅不同程度地存于各種自然食物中,一般情況下可以滿足人體對鋅的基本需要而不致缺乏,發生鋅缺乏癥主要見于以下幾種情況:

①以含有大量植酸和纖維素的糧食為主要食品時,由于植酸和纖維素影響鋅的吸收而引起鋅缺乏病。

②鋅的需要量增加時在身體迅速成長時,在妊娠或授乳期,不論按每公斤體重計或熱量計,人體對于鋅的需要量都增加。

③在有腸病性肢皮炎的遺傳因素時有這種少見的常染色體隱性遺傳的家族的人其小腸粘膜上皮細胞對鋅的聚集能力降低,從而降低鋅的吸收能力,而易于發生鋅缺乏病。

④用缺鋅或低鋅的配方代乳食品喂養嬰兒時嬰兒從母體帶來的鋅儲備很少,出生后幾乎立即須全賴喂養所提供的鋅。用母乳喂養嬰兒時,如果母親不缺鋅,一般母乳均能滿足嬰兒鋅的需要。但如果用缺鋅或低鋅的配方代乳食品時,則常易出現鋅缺乏。

牛乳的含鋅量(平均約3mg·L-1),雖高于人乳(約0.1~1.0mg·L-1),但人體對于牛乳鋅的吸收利用率卻低于人乳。這是因為人乳內含有豐富的能與鋅結合的又能促進鋅吸收的小分子量配體,但牛乳中缺乏此類配體。因此,對于有某種遺傳素質的嬰兒來說,當斷食人乳改吃牛乳時,常易發生腸病性肢皮炎。

⑤在臨床上采用完全腸外營養時長期接受腸外營養而未予補充鋅的病人,可發生嚴重而急劇的鋅缺乏病。其血漿鋅值在低達8μg%。同時有大量鋅隨滲出液丟失時,如燒傷等情況下,則可加速出現鋅缺乏病。

⑥手術手術后的病人也可能發生鋅缺乏,這時創傷的愈合可能受到影響。

⑦給予螯合劑時在給予青霉胺、組氨酸等螯合劑時亦可引起缺鋅。此時可出現食欲不振,味覺和嗅覺功能不全和中樞神經系統異常。

⑧慢性腎病慢性腎病患者可因尿中鋅的排出增多而引缺鋅,此時除血清鋅減少外,還可出現急性或慢性的鋅缺乏癥狀。急性癥狀包括食欲不振,味覺及嗅覺功能不全和中樞神經系統功能異常。慢性癥狀包括生長發育遲緩,貧血,睪丸萎縮,創傷愈后延遲等。長期血液透析病人可因血漿鋅下降而出現陽萎。

鋅缺乏病的預防應當根據其原因采取對策。在谷類中含有大量植酸的地區,應當從改進或調整糧食品種上著手。因需要量增加而引起缺鋅時,則應在膳食中增加含鋅豐富的食物。為預防嬰兒缺鋅,應當提倡母乳喂養。嬰兒配方食品應當含有適量的鋅。

(2)鋅中毒鋅中毒可能發生于治療中過量涂布或服用鋅劑及鋅容器儲存食品時,中毒的表征和體片為惡心、嘔吐、急性腹痛、腹瀉和發熱。給實驗動物以大劑量的鋅,可產生貧血、生長停滯和突然死亡。

鋅中毒通常在停止鋅的接觸或攝入后,癥狀短期內即可消失。

對于鋅中毒的預防主要為:①防止食品、水源和空氣被鋅污染;②用鋅治療疾病時,要掌握劑量。

各種疾病中人體鋅代謝和鋅酶活力的改變

(1)急性和慢性感染在急性和慢性感染中如肺炎、氣管炎、丹毒和化膿性腎炎等,血清鋅濃度低于正常范圍。而在這些疾病全愈時,逐漸恢復正常。

現已發現,感染反應中,一方面在由白細胞釋放的內源性白細胞介質(leukocyteendogenousmediator,LEM)作用下,肝臟對鋅的攝取增加,用于核酸,蛋白質及鋅酶的合成,而另一方面,在LEM的作用下,血漿中蛋白質結合的鋅減少,幾乎完全為可擴散鋅,從而易從尿及汗中排出。由此造成:①感染后血清或血漿中的鋅低于正常;②人體的鋅代謝易呈負平衡,機體容易出現缺鋅。這在臨床上有實際意義。

(2)急性心肌梗塞急性心肌梗塞時,血清鋅濃度降低,但心肌梗塞區及梗塞周圍組織的線粒體、微粒體和可溶性蛋白內的含鋅量比正常心肌增多。并且在心肌梗塞處有大量堿性磷酸酶濃集,這說明鋅及含鋅酶參加了修復過程。

(3)腫瘤和白血病在患有各種惡性腫瘤時,血清中鋅濃度下降。在急性和慢性淋巴性和骨髓性白血病時,白細胞濃度下降至正常值的10%。在白血病和何杰金病時,有進量的鋅排出,原因不明。

(4)酒精中毒后肝硬化從肝分離的乙醇脫氫酶已證實為含金屬鋅的酶。酒精中毒后的肝硬化,可發生鋅代謝的顯著異常。嚴重酒精中毒的病人,其血清鋅濃度降至66±19μg·100ml-1,而正常人則為121±19μg·100ml-1。降得最低的見于肝昏迷病人。鋅濃度低于30μg%表示預后不良。死于酒精中毒肝硬化的病人的肝組織,其鋅和鐵含量只有正常的一半,而鈣、鎂、鋁、錳和銅的濃度正常。酒精中毒后,肝硬化的病人尿中排出異常大量的鋅,每24h為1000±20μg。血清鋅濃度的降低和尿鋅排出量的增加可能部分由于低白蛋白血和蛋白質與鋅的結合減少。對這種病人按生理量給予硫酸鋅,可使尿鋅排出時傾向于恢復正常,并常可見到肝功能亦趨向于恢復正常。

簡介

元素符號Zn,灰色金屬,斷面呈金屬光澤,在元素周期表中屬ⅡB族,原子序數30,原子量65.38,密排六方晶體,常見化合價為+2。

人類很早就使用含鋅的銅合金,中國古代稱這種銅合金為石'石,但分離出單質鋅卻較晚。中國是最早掌握煉鋅技術的國家,明代著作《天工開物》稱鋅為倭鉛,記述了煉制技術。歐洲人在公元前5世紀曾偶爾得到過小塊的鋅,但未能識別。約在16~18世紀,中國的金屬鋅開始傳入歐洲,被稱為tutenague,純度達98%以上。英國布里斯托爾(Bristol)于1738年開始生產鋅1746年德國化學家馬格拉夫(S.A.Marggraf)將異極礦(HZnSiO)與木炭共置于密封器皿中煅燒,提煉出金屬鋅。19世紀平罐煉鋅技術在法國、比利時得到較大發展。

資源鋅在自然界多以硫化物狀態存在,主要礦物是閃鋅礦(ZnS),也有少量氧化礦,如菱鋅礦(ZnCO)和異極礦(HZnSiO)。硫化礦床的地表部位常有一部分被氧化成氧化礦。

性質和用途鋅在室溫下性脆,加熱到100~150變軟,能壓片抽絲。但到200以上又變脆,易碎為粉末。鋅是活性金屬,常溫下在空氣中表面生成致密的堿式碳酸鋅[ZnCO•3Zn(OH)]薄膜,阻止繼續氧化。鋅加熱至225后氧化激烈,燃燒時呈藍綠色火焰。加溫時鋅同氟、氯、溴、硫作用生成化合物。鋅屬負電勢金屬(°=-0.763伏),易溶于酸,也易從溶液中置換某些金屬,如金、銀、銅、鎘等。重要化合物有氧化鋅(ZnO)、硫酸鋅(ZnSO)、氯化鋅(ZnCl)。

鋅能和多種有色金屬制成鋅合金或含鋅合金,其中最主要的是鋅與銅、錫、鉛等組成的黃銅等,用于機械制造業;鋅與鋁、鎂、銅等組成的壓鑄合金,用于制造各種精密鑄件。鋼鐵表面鍍鋅能防止腐蝕,所以大量的鋅用于鍍鋅工業。氧化鋅用于醫藥、橡膠、顏料和油漆工業。70年代末世界上鋅的年消費量約600萬噸。美國1979年用鋅量的比例是:鍍層40%,鋅基合金29%,銅合金14%,氧化鋅12%,其他5%。1979、1980、1981年倫敦市場鋅的平均價格分別為33.6、34.5、38.5美分/磅(1磅=0.4536公斤)。

鋅的冶煉硫化鉛鋅礦浮選產出的鋅精礦,成分一般為:鋅50%左右,硫30%左右,鐵5~14%,還含有少量鉛、鎘、銅和貴金屬,以及微量的銦、鍺、鎵、鉈等稀散金屬。用硫化鋅精礦煉鋅的方法有濕法和火法。70年代各種煉鋅方法產鋅量的大致比例是:濕法煉鋅74%,火法煉鋅26%(其中豎罐法5.6%、橫罐法2.2%、鼓風爐法11.4%、電熱法6.8%)。

由于環境保護要求日趨嚴格、能源價格上漲等原因,橫罐法已接近淘汰,豎罐法產鋅量逐漸下降,70年代以來,鼓風爐煉鋅(ISP)處于停滯狀態,有的已停產或轉而煉鉛。濕法煉鋅則不斷發展,近十年來新建的煉鋅廠,均采用濕法。

濕法煉鋅主要有焙燒、浸出(見浸取)、浸出液凈化和電積等工序。鋅精礦焙燒后用電解廢液進行中性浸出,使大部分氧化鋅溶解,得到的礦漿分離出上清液和底流礦漿。上清液凈化后電積產出金屬鋅,熔鑄成錠。底流礦漿進行酸性浸出以溶解殘余的氧化鋅,酸性浸出液返回到中性浸出;含鋅約20%的酸性浸出渣,須進一步處理,傳統方法采用回轉窯揮發,回收其中的鋅、鉛和部分稀散金屬。

焙燒使精礦中的硫化鋅轉變為可溶于稀硫酸的氧化鋅,即酸溶鋅。

焙燒用流態化焙燒爐,焙燒溫度850~900,過剩空氣系數1.1~1.2。焙燒礦中可溶鋅應占全鋅量的90%以上,盡量減少不溶于稀酸的鐵酸鋅(ZnO•FeO)和難溶的硫化鋅。

浸出使焙燒礦中的鋅最大限度地溶解。按作業終點控制的酸度可分為中性浸出和酸性浸出。

①中性浸出用電積鋅的廢液和各種過濾返回液配制的溶液浸出焙燒礦,得到含鋅120~170克/升的浸出液,凈化后送往電積。浸出作業中通常用鼓入空氣、加二氧化錳(MnO)或電解返回的陽極泥的方法,將Fe(氧化成Fe(,控制浸出終點的pH為5.2~5.4,使鐵、砷、銻、鍺水解沉淀。浸出條件:溫度55~60,時間60分鐘左右,液固比(9~13):1。

②酸性浸出為溶解中性浸出礦漿中殘余的氧化鋅,常采用1~2段酸性浸出。浸出條件為:終點殘酸3~5克/升,溫度60~75,時間120~150分鐘,液固比(7~9):1。

浸出液凈化中性浸出液常含有砷、銻、銅、鎘、鈷、鎳等雜質,電解前必須凈化除去。這些雜質的標準電極電勢均比鋅高,可用鋅粉置換凈化。一般先除銅、鎘,后除鈷、鎳,其余雜質一般能同時除去。為防止氧化,凈化槽一般采用機械攪拌,而不用空氣攪拌。中國于1965年試驗成功的流態化置換槽(沸騰槽),效果很好。作業溫度一般在50上下,時間不宜太長。除鈷、鎳時要求溫度為70~80,[kgO2]并添加CuSO、AsO、銻粉或銻鹽作活化劑。用AsO時放出劇毒的AsH氣體,必須采取安全措施。AsO現已逐漸為SbO和銻粉所代替。少數工廠用黃藥或亞硝基萘酚除鈷。

鋅的電積以含有硫酸的硫酸鋅水溶液為電解液,含銀0.5~1%的鉛板為陽極,壓延鋁板為陰極,進行電積。陰極析出鋅,陽極放出氧。為了提高電流效率,除降低電解液中的雜質含量外,還應控制電解液溫度。通常采用空氣冷卻塔或真空蒸發器冷卻電解液。鋅電解的技術條件是:電流密度400~600安/米,溫度35~40,槽電壓3.3~3.6伏,電流效率85~92%。每噸陰極鋅消耗直流電3000~3300千瓦•時。陰極鋅電積周期一般為24或48小時,鋅片可用人工或機械剝離。陰極鋅片經洗滌干燥后用感應電爐熔鑄成錠。電積鋅的品位通常為99.94~99.99%。

鋅浸出渣的處理過去常用的方法有回轉窯法、半鼓風爐法、硫酸化焙燒-浸出等方法,但均不理想。60年代發展的熱酸浸出-黃鉀鐵礬或針鐵礦等方法,使濕法煉鋅工藝進一步完善。新方法的特點是先以高溫高酸溶解渣中的鐵酸鋅,再以人造礦物的方法除去溶解的鐵,所得含鋅溶液返回焙燒浸出系統,回收其中的鋅。此法鋅回收率高,并有利于鋅精礦的綜合利用。熱酸浸出的作業條件是:溫度90以上,終點殘酸40~60克/升,時間3~4小時。為強化作業,有的廠采用終點殘酸大于100克/升的超高酸浸出。高酸浸出的金屬浸出率(%)為:鋅97~99,銅、鎘、銦、鎵大于90,鐵70~85。

除鐵方法有三種:①黃鉀鐵礬[KFe(SO)(OH)]法:此法系使溶液中的Fe(在較高的溫度和有堿金屬或銨離子存在的條件下,從弱酸性硫酸鹽溶液中緩慢形成堿式硫酸鐵復鹽[2AFe(SO)(OH)]沉淀。這種鐵礬復鹽呈黃色或淡黃色斜方結晶,穩定而且溶解度低,易于沉淀、過濾和洗滌,所以除鐵的效果好。作業條件是:溫度95,控制pH1.5左右,時間4~5小時。使熱酸浸出和鐵礬沉淀在同一設備內進行,可簡化流程,但不能分出浸出后的鉛銀渣,不宜處理含銀量高的鋅礦。②針鐵礦法:先用硫化鋅精礦將溶液中的Fe(還原成Fe(,條件是:溫度90~95,含HSO50~60克/升,時間5~7小時。還原后先中和沉淀出稀散金屬銦和鎵,然后鼓入空氣將鐵氧化,加晶種使鐵成三價鐵水合物沉淀,其分子式主要為-FeOOH,呈棕色針狀結晶,相當于針鐵礦。作業條件是:溫度85~95,pH為3~3.5,時間3~4小時。此法可較好地提取稀散金屬,并進一步除掉砷、氟、硅等雜質。③赤鐵礦法:熱酸浸出在高壓釜內進行,同時通入SO使鐵還原,然后通入硫化氫除銅,再用石灰石中和沉淀鎵、銦、鉛等最后在溫度為200、壓力為18~20公斤/厘米下向高壓釜內通氧,將亞鐵離子氧化,以赤鐵礦(FeO)形態沉淀脫除。此法鐵渣量少,鋅回收率高,能綜合回收多種有價金屬,但需要昂貴的高壓設備,操作條件較難控制。

硫化鋅精礦加壓浸出在高壓釜內加壓通氧的條件下,用鋅廢電解液浸出硫化鋅精礦,使ZnS轉變成ZnSO和單質硫。浸出礦漿先經浮選分出粗單質硫,再經濃密,分出鐵鉛渣,所得ZnSO溶液經凈化、電積得電鋅;粗單質硫經熱過濾得純單質硫;鐵鉛渣送鉛冶煉回收鉛、鋅。80年代初只有加拿大兩家鋅廠在原有傳統濕法煉鋅的擴建部分采用此方法。擴建部分省去焙燒、制酸等工序。

火法煉鋅硫化鋅精礦經焙燒使硫化鋅轉變為氧化鋅,然后在高溫、強還原氣氛中,用碳質還原劑還原產出鋅蒸氣,經冷凝得到金屬鋅。

目前,火法煉鋅主要為豎罐蒸餾法和鼓風爐法。

豎罐煉鋅主要有鋅精礦焙燒、壓團、焦結、蒸餾等工序。焙燒采用氧化焙燒,使精礦中的硫盡可能全部氧化,同時使大部分鉛、鎘等雜質揮發。焙燒條件為:溫度1080~1120,空氣過剩系數1.05~1.1。焙燒設備用流態化焙燒爐(見揮發與蒸餾)。

在鋅焙燒礦中配入50%優質焦煤和適量的粘合劑經混合、輾壓制成團塊,送焦結爐加熱至800,形成具有500~600公斤力/厘米抗壓強度的焦結團礦,間竭地加入密閉蒸餾豎罐。罐體用導熱性良好的碳化硅磚砌成,高8米以上,橫斷面為矩形。氣體或液體燃料在罐外燃燒室中燃燒,熱量傳至罐內,溫度維持在1100左右。爐料從罐的上部加入,連續向下運動。還原出來的鋅蒸氣隨爐氣上升,經上延部進入冷凝器,冷凝成鋅液。蒸餾后的殘渣落入水封罐底排出,一般含鋅3~5%(中國葫蘆島鋅廠為1~3%),含碳30%左右。中國豎罐煉鋅廠用旋渦爐處理殘渣,從中回收鋅、銅、貴金屬和稀散金屬。豎罐排出的爐氣含鋅35%左右,冷凝產出粗鋅,冷凝效率為94~97%,爐氣中所余的鋅蒸氣經濕法收塵得到部分被氧化的鋅粉(俗稱藍粉)。廢氣含一氧化碳75%,凈化后返回蒸餾爐作燃料。豎罐的生產率按單位受熱面積計,一般為每日160公斤/米。中國工廠中,受熱面積為100米的大型豎罐日產鋅量達20噸。鋅的總回收率約95~96%,每噸鋅耗標準煤約1.84噸。

鼓風爐煉鋅是英國于1950年發展的方法,稱為ISP法。此法與罐式蒸餾法間接加熱的方式不同,它是將熱交換和氧化鋅還原過程在同一容器內進行。鼓風爐既能處理鋅、鉛混合硫化礦或鋅鉛氧化礦,也能處理鉛鋅煙塵等。硫化鋅鉛精礦經燒結焙燒成燒結礦,配以焦炭,加入鼓風爐內,鼓入預熱空氣,使炭燃燒,在高溫和強還原性氣氛中進行還原熔煉。還原所得鋅蒸氣從爐頂排出,經鉛雨冷凝得粗鋅,同時從爐底排出還原熔煉所產的粗鉛。一般所說的標準爐,爐身斷面為17.2米,風口區斷面為11.2米,配有一套5.5米鉛雨冷凝器。鼓風爐的處理能力以燃燒焦炭量表示,經強化操作,爐的日燃焦炭量已超過200噸。燃燒一噸焦炭可產鋅1~1.2噸以上。鋅的回收率為90~94%,鉛的回收率為93~96%。中國韶關冶煉廠采取鼓風爐法。

粗鋅精餾火法煉鋅一般產出品位為97~99%的粗鋅,可直接用于鍍鋅工業,如需精鋅,可通過精餾精煉法,利用各種金屬沸點的不同除去其中的鉛、銅、鎘、鐵等雜質。精餾在精餾塔內進行。精餾塔包括兩個部分:鉛塔及其冷凝器和鎘塔及其冷凝器。粗鋅先從熔化爐流入鉛塔,塔內溫度維持約1000,高沸點的鉛、銅、鐵與部分鋅共熔,經塔底流入精煉爐得低鎘粗鋅、硬鋅和粗鉛。大部分鋅和全部鎘揮發,經冷凝器冷凝成液體后導入鎘塔,使鋅與鎘進一步分離。精餾塔由若干個碳化硅塔盤疊加而成。一般兩個鉛塔配一個鎘塔。一座由61塊塔盤(1220×610毫米)組成的鉛塔,每天可精煉50噸粗鋅。精餾可產出99.99%的精鋅,回收率可達99%,并可綜合提取鉛、鎘、銦、鍺等(見鋅冶煉過程有價金屬的回收)。也有采用真空蒸發精煉粗鋅的。

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