18Ноя

Как цинкуют металл: Гальваническое цинкование: особенности и этапы покрытия

Содержание

Гальваническое цинкование: особенности и этапы покрытия

Гальваническое цинкование: основы, преимущества и краткое описание техпроцесса. Виды электролитов и применяемого оборудования. Дефекты гальваники и их причины.

Гальваническое цинкование — это один из самых распространенных методов создания антикоррозионных и декоративных цинковых покрытий. Оно дешевле и проще горячего цинкования, но имеет некоторые ограничения по применению, поскольку не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон. Основой этой технологии является электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на деталь, подключенную к отрицательному полюсу источника питания. Для повышения коррозионной и механической стойкости, а также в декоративных целях цинковые покрытия подвергают кадмированию, хроматированию и обработке фосфатными соединениями.

Обычно гальваническим способом цинк наносят на поверхности изделий из углеродистых сталей и различных видов чугуна. Помимо этого существуют технологии электролитического цинкования алюминия и ряда других металлов, но они используются гораздо реже. Основная номенклатура цинковой гальваники — это разнообразные крепежные элементы, инструмент, кронштейны, опоры, подвески, внешние детали машин и оборудования, а также холоднокатаный тонколистовой прокат. Сегодня среди народных умельцев электролитическое цинкование является самой популярной гальванической технологией. Это связано с тем, что цинк и его соединения практически безвредны, недороги и их свободно может приобрести любой желающий. А для работы с этими реагентами требуются минимальные знания и простейшее оборудование.

Преимущества цинковых покрытий


В настоящее время оцинковка является самым массовым покрытием, используемым для антикоррозионной защиты черных металлов. Это связано с тем, что по совокупности экономических, экологических, технологических и физико-химических факторов у горячего и гальванического цинкования попросту нет конкурентов. К примеру, цинк дешевле никеля в четыре раза, а олова — в восемь раз. Сопоставимый с ним по цене кадмий и его соединения высокотоксичны и канцерогенны, а технология их применения гораздо сложнее.

Цинк прекрасно адгезируется к поверхности стали и чугуна. Кроме того, он является более активным металлом, поэтому легче окисляется и в паре с цинком не дает вступать железу в окислительные реакции. Эта его особенность проявляется даже в тех случаях, когда непрерывность покрытия нарушена, т. е. на поверхности металла имеются царапины, задиры, трещины или потертости. Гальванические цинковые покрытия пластичны и сохраняют непрерывность на деталях, работающих в режиме циклической деформации. К примеру, кадмированный цинк используется в качестве коррозионной защиты стальных пружин, работающих в режиме периодического сжатия и растяжения.

Описание процесса


Гальваническое цинкование выполняется методом электролиза с расходуемым анодом. В роли катода, как и во всей гальванике металлов, выступает обрабатываемое изделие, а в качестве анода используют пластины чистого цинка, размещаемые по ванне так, чтобы обеспечить равномерность потока анионов к покрываемой поверхности. Основными реагентами в составе электролита в общем случае являются сернокислый и хлористый цинк, а также фторборат цинка. Для улучшения параметров гальванического цинкования в раствор также вводят соли натрия, калия и алюминия. Скорость осаждения и максимальная толщина слоя цинка регулируется плотностью тока, которая зависит от состава гальванического раствора и его температуры.

В процессе гальванизации происходит электрохимическое растворение цинка в объеме электролита и перемещение его на катод (покрываемое изделие). Поэтому анодные пластины должны периодически контролироваться на истощение, а при необходимости очищаться от окислов солей.

Способы цинкования металлов


Кроме основанного на электролизе гальванического цинкования, существует еще несколько технологических методов нанесения цинковых покрытий. Каждый из них решает особые производственные задачи, а в совокупности они дополняют друг друга и охватывают весь спектр вариантов защиты изделий с помощью цинковых покрытий. Далее вкратце описываются главные разновидности цинкования, применяемые в современных промышленных производствах.

Горячее. При использовании этой технологии нанесение цинка на поверхность изделия проводится путем погружения его в расплавленный металл. Таким способом можно получить самые толстые защитные слои. По сравнению с гальваническим горячее цинкование является более затратным, но обеспечивает самую высокую скорость нанесения цинкового покрытия.

Холодное. Холодным цинкованием в обиходе называют покрытие металлических изделий и больших металлоконструкций с помощью кистей и пульверизаторов композитами, содержащими не менее 80% цинка (в сухой пленке). Это самая простая по нанесению технология цинкования, но она менее долговечна, чем горячая и гальваническая.


Газотермическое. При газотермическом цинковании защитный слой на поверхность детали наносится распыленной струей расплавленного цинка. Для этого используют цинковую проволоку, которая вместе с потоком воздуха автоматически поступает в пистолет, где под воздействием электрической дуги и горящего газа плавится и превращается в воздушный поток, насыщенный капельками металла. Таким методом наносят покрытия на объемные металлоконструкции (опоры линий электропередач, емкости нефтехранилищ и т. п.). К его достоинствам относят самую большую толщину напыляемого слоя, а к недостаткам — большой расход цинка, около трети которого теряется при распылении.

Термодиффузионное. Для цинкования этим методом применяют вращающиеся барабанные печи, в которые загружают обрабатываемые детали и специальные порошки, содержащие цинк и вспомогательные компоненты. При вращении в течение нескольких часов при температуре 350÷450 °C происходит диффузионное насыщение поверхностных слоев железа атомами цинка, в результате чего образуется устойчивое защитное покрытие.

Используемые материалы и оборудование


Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

  1. Механическая зачистка.
  2. Травление изделия.
  3. Промывка в проточной воде.
  4. Обезжиривание.
  5. Промывка, аналогичная п. 3.
  6. Гальваническое цинкование.
  7. Промывка, сушка и контроль.

В цехе оборудование гальванических линий цинкования располагается линейно, повторяя порядок описанного выше техпроцесса (см. рис. ниже). Для перемещения изделий между участками обработки используются мостовые или консольные краны с дистанционным управлением.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Применяемые электролиты


При гальваническом цинковании состав и температура электролита при заданной плотности тока напрямую влияют на скорость осаждения и структуру цинкового покрытия. Кроме того, отдельные виды электролитных растворов могут содержать в своем составе блескообразующие и окрашивающие добавки, используемые в декоративных целях. Для гальванического цинкования применяют основные группы электролитов, каждая из которых имеет множество рецептурных разновидностей:
  1. Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
  2. Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
  3. Цианидные и цинкатные. Щелочные электролиты, в которых применяют цианид и цинкат натрия, растворенные в едком натре.

Кроме того, существуют электролиты для гальванического цинкования на основе аминосоединений, но они имеют гораздо меньшее распространение.

Дефекты гальваники


Причины отклонений качества покрытий при гальваническом цинковании можно свести в три основные группы: недостатки в подготовке деталей, нарушения в рецептуре электролита и несоблюдение параметров гальванического процесса. Помимо этого на качество цинкования влияет конфигурация и пространственная ориентация детали в электролите, а также размещение и состояние плоскостей основных и вспомогательных анодов.

Недостаточная адгезия. Отслаивание и непрочность присоединения защитного слоя цинка после гальванического цинкования, как правило, связаны с нарушениями техпроцесса при очистке, травлении и обезжиривании поверхности изделия. Кроме того, причиной этого явления может быть засорение электролита солями других металлов и органическими соединениями.

Питтинг. Питтингом в гальванике называют образование на поверхности осаждаемого металла небольших точечных каверн или углубленных полосок. В гальваническом цинковании этот дефект может проявляться вследствие отсутствия или недостаточной интенсивности перемешивания, а также из-за наличия в электролите органических или гидрокисных примесей.

Шероховатость. Излишняя шероховатость защитного цинкового слоя обычно указывает на присутствие в гальваническом растворе избыточного количества сульфата цинка, различных гидроксидов и механических примесей. Это явление также может быть следствием слишком высокой плотности тока и недостаточной концентрации в электролите анионов цинка.


Неоднородность внешнего вида. При нарушении пропорции основных реагентов электролита и накоплении в гальванической ванне солей железа цинковая поверхность может приобретать неравномерный вид, причем как по окраске, так и по шероховатости. Другими причинами такого отклонения от нормы может быть слишком низкая температура раствора и слабое перемешивание.

Хрупкость покрытия. Если покрытие, полученное гальваническим цинкованием, имеет повышенную хрупкость, то в большинстве случаев это указывает на слишком высокую плотность тока в катодном пространстве. Другая причина этого дефекта — избыточное присутствие в электролите органических примесей.

Темный цвет. Причинами различных оттенков темных цветов (в основном, коричневого) обычно являются наличие органических загрязнений в гальванической ванне, завышенная температура электролитического раствора, а также снижение плотности тока в области катода.

В Интернете можно встретить описания и даже видеоролики с демонстрацией «наружного» гальванического цинкования без использования ванны. А что вы думаете по поводу этой технологии? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к данной статье.

Цинкование металла - принципы, основные способы, их преимущества

Оцинковка или цинкование металла – процесс покрытия поверхности слоем химического элемента цинк, который по химической классификации является переходным металлом. Цель оцинковки – защита внешней поверхности металлических изделий от коррозии.

Принцип работы цинкования

Способ защиты от ржавчины имеет в качестве основы химический процесс окисления. Большинство металлов на воздухе вступают в реакцию с кислородом, в результате поверхность покрывается пленкой, которая начинает играть защитную роль. Исключением из этого ряда выступает железо и его сплавы, они образую пленку рыхлого состава, которая не защищает, а, наоборот, способствует дальнейшему окислению материала и его разрушению. Для того, чтобы защитить сталь и другие металлические материалы на основе железа используется цинк.

Он образует с Fe гальваническую пару, и в силу большей активности первым начинает окисляться, образуя пленку, которая служит защитой поверхности.

Толщина пленки получается разной в зависимости от технологии, может быть тонкой — от 6 мкм или плотной – до 1,5 мм.

Области применения оцинкованных конструкций

  • Строительные работы разного профиля: дорожное, мостовое, строительство зданий и сооружений.
  • Нефтедобыча и нефтепереработка.
  • Газодобывающая и газоперерабатывающая промышленность.
  • Энергетическая сфера.
  • Связь.
  • Автомобилестроение.
  • Сельское хозяйство и другие направления.

Метод применим для конструкций, которые эксплуатируются в разных условиях

  • Опоры высоковольтных линий передач.
  • Опорные металлические конструкции мостов, трубопроводов.
  • Различное оборудование.
  • Задвижки и запоры гидротехнических систем.
  • Каркасы домов и заграждений.
  • Сваи, поддерживающие перекрытия различного типа.
  • Лестничные ступени и пролеты.
  • Трубы различных систем, в том числе вентиляционных.
  • Корпуса кораблей.
  • Памятники и архитектурные сооружения.

Производственные процессы цинкования

В металлургическом и химическом производстве используется несколько методов оцинковки.

  1. Гальваническое цинкование
  2. Горячее цинкование металла
  3. Метод холодной цинковки.
  4. Диффузный способ цинкования.
  5. Шоопирование.
  6. Газодинамический метод.
  7. Дуплексные способы обработки

Может применяться способ фосфатирования, который, в дополнение к основному методу, привносит дополнительную защиту поверхностям металлических предметов и деталей. Чаще всего используется для цветных металлов.

Широкое применение цинкования связано с устойчивостью покрытия к агрессивным средам, перепадам температур, высокими антикоррозионными свойствами.

Гальваническое цинкование

Гальванотехника – это электрохимический метод покрытия металлических конструкций цинком. Он проводится в больших емкостях, с цинксодержащим электролитом. Комплексность этого метода заключается в воздействии на металл сразу двух процессов: электрического физического воздействия и химического способа.

В гальваническом способе происходит активный процесс адгезии элементов металлического материала и цинка. Адгезия предполагает сцепление на межмолекулярном уровне разнородных веществ.

Технология электрогальванического производства

Металлические изделия, конструкции или детали погружаются в электролитические ванны, снабженные анодом – пластиной из цинка, с которой с помощью электролита – сернокислого и хлористого цинка анионы этого металла переходят на поверхность, покрывая ее равномерным слоем.

На процесс гальваноцинкования влияют состав электролита и температура, поддерживаемая в ёмкостях. В раствор добавляют окрашивающие добавки и блескообразующие компоненты. Это делается для придания предметам декоративного вида.

В процессе производства используются электролиты:

  • Кислые и слабокислые: сульфаты, борфториды, хлориды.
  • Аммиакатные: щелочи и нейтральные растворы.
  • Цианидные и цинкатные: электролиты щелочной группы с цианидом и цинкатом натрия в растворе едкого натра.

До проведения работ необходимо провести подготовку металлоизделий: очистку и обезжиривание поверхностей, флюсование – нанесение пленки для предотвращения окисления.

Характеристики гальванопокрытий из цинка: поверхность выделяется такими свойствами, как пластичность, непрерывность на деталях, которые должны работать в условиях циклической деформации. Например, пружины из стали.

Горячее цинкование металлоконструкций

Метод горячей оцинковки применяется обычно для черных металлов, прежде всего, стали. Это наиболее распространенный способ покрытия поверхностей цинковой пленкой.

Технология сводится к опусканию деталей или конструкций в ванну с расплавленным цинком. Температура поддерживается в пределе 460 гр. С. Процесс проходит под воздействием кислорода из атмосферы, он вступает в реакцию с металлом для образования ZnO – оксида цинка, который соединяется с углекислым газом CO2. В итоге формируется карбонат цинка — ZnCO3. У него характерный матовый оттенок серого цвета.

Перед опусканием в ванну необходим этап очистки, обезжиривания и травления поверхности деталей

После пребывания в ванне изделия подвергаются центрифугированию для удаления излишков металла. Для удаления наплывов резьбовые участки на больших деталях протачивают, мелкие, такие как крепеж, не подвергаются такой обработке.

В результате изделия с повышенным сроком эксплуатации, устойчивые к агрессивной среде, не требуют дополнительного покрытия красочным слоем.

К отрицательным характеристикам можно отнести неравномерность поверхности при большом расходе цинка, а размеры изделий ограничиваются габаритами емкости. Производство относится к вредным. Дальнейшая обработка становится боле сложной, детали плохо соединяются сварным методом.

Особенности процесса горячей оцинковки
  • Технологический процесс отличается простотой.
  • Отмечается высокая производительность, проходит быстро.
  • Не требуются сотрудники с высоким уровнем подготовки.
  • Оборудование достаточно простое.
  • Слой цинка имеет толщину от 30 до 100 мкм.

В сравнении с гальваническим методов горячее цинкования — более дорогой метод, но и более эффективный.

Холодное цинкование металла

Метод заключается в нанесении на поверхность цинкнаполненных красок, композиций и грунтов. Покрывается не вся поверхность изделия, а предназначенные для этого участки.

Применяется широко для обработки отдельных конструкций и больших площадей.

Положительные стороны холодной оцинковки
  • Можно обрабатывать изделия и поверхности любых размеров, нет ограничений по площади и форме.
  • Не нужно проводить предварительную работу по демонтажу для того, чтобы погрузить в емкость для электролиза или горячего цинкования.
  • Процесс отличается производительностью.
  • Диапазон температур: от минусовой 20 гр. С до плюсовой 40 гр. С.
  • Цинковый слой после холодного метода допускает проведение сварки, она не разрушает цинковую поверхность. Шов после сварки можно покрыть дополнительным защитным слоем.
  • Структура покрытия отличается пластичностью и надежностью.
  • Цинксиликатная краска по характеристикам адгезии совместима с металлом и финишными красками.
  • Метод достаточно прост, не требует специальной профессиональной подготовки.
  • Может применяться для ремонта деталей и участков, которые раньше прошли процесс оцинковки.
  • Удобный способ нанесения подкрасочного слоя под лак или химически стойкую краску для двойной защиты. Это комбинированный способ покрытия.
  • Можно обрабатывать конструкцию в сборе, не разбирая на отдельные компоненты.
  • Экономичный способ.

Состав для холодной оцинковки содержит высокодисперсионный порошок цинка – до 95%. Перед проведением работ необходимо провести подготовку поверхности и четко соблюдать технологические требования работы.

В производственном процессе необходимый этап – контроль качества на предмет отсутствия дефектов слоя цинка. По окончании процесса покрытым изделиям дают «отдохнуть» несколько суток для закрепления слоя.

Получаемое покрытие отличается водостойкостью, электропроводностью, пожаробезопасностью.

Термодиффузионный способ цинкования

Диффузный метод получил название «шерардизация» по имени изобретателя – специалиста из Великобритании Sherard’a.

Термодиффузное покрытие относится к анодным, покрывая черные металлы плотной пленкой цинка. Название связано с процессом диффузии металлов, цинка и железа. Он проходит в пассивационных растворах, которые необходимы для обеспечения защиты от воздействия атмосферного кислорода.

Термодиффузия покрытия похожа на гальванический способ, но превосходит его по характеристикам антикоррозийности.

Изделия, обработанные термодиффузией, отличаются однородным покрытием поверхности от 30 до 80 мкм. На небольших площадях деталей при условии точного производства можно достигать толщины от 5 до 150 мкм. Когда обрабатываются конструкции со сложными поверхностями, разброс толщины покрытия получается большим – до 80 мкм.

Технология заключается в насыщении цинком площади деталей и конструкций в порошковой среде.

Цинкосодержащий мелкодисперсионный порошок разбавляется абсорбентами типа древесного угля. Поддерживается температура 400-500 гр. С. Температурный режим – разный для различного типа изделий, характеристик стали, которые зафиксированы в её марке, требований производства.

Закрытый герметично контейнер, в котором происходит обогащение поверхностей цинком, – обязательное условие технологии. После основного процесса проводится финишная обработка изделий, которые будут использоваться в условиях высокой влажности, морской или другой соленой воды, в периодах конденсации и высыхания.

Особенности термодиффузионных покрытий
  • Технологический процесс обработки в низкотемпературном режиме помимо антикоррозионных свойств придает металлу повышенную пластичность.
  • Обработанные изделия устойчивы к абразивному износу, который образуется в результате режущего, деформирующего, царапающего воздействия. Возникает при переработке и транспортировке.
  • Покрытие точно воспроизводит рельеф конструкции.
  • Повышенная твердость отличает обработанные изделия, не возникает свойство хрупкости.
  • Можно наносить цинковое покрытие на предварительно собранные узлы.
  • Подготовка процесса термодиффузного цинкования не требует сложных операций.

Шоопировние

Под шоопированием металлов понимается металлизирование, или обработка методом напыления. Для работы используется специальный аппарат, который иногда именуют пистолетом. Под давлением сжатого воздуха на поверхность распыляется расплавленный цинк. Метод обязан своим названием изобретателю Г. Шоопу.

Способ металлизации применим для крупных конструкций, а также для восстановления изношенных деталей из стали различных марок. Нанесенный шоопированием слой цинка формирует устойчивую пленку, которая выступает грунтом, грунтовкой под нанесение лакокрасочного слоя.

Газодинамическое цинкование

Газодинамический способ — оцинковка при помощи кинетики мелкодисперсного металла в струе газа, осуществляемую сверхзвуковым потоком.

В роли исходного материала выступает цинковый порошок с керамическими или металлическими частицами. Он разгоняется струей газа из сопла высокой температуры и приваривается к поверхности, на которую направлен поток. Дополнительный материал – металлический и керамический – повышает плотность и снижает пористость поверхности.

Аппаратура для газодинамического метода – портативный нагреватель для сжатого воздуха, к которому комплектуется сверхзвуковое сопло. Это такой своеобразный пульверизатор. Газ при t 500-600 гр. С затягивает порошок и направляет его на поверхность.

Преимущества метода
  • Обработка изделий и деталей любого размера.
  • Адгезия состава выше показателя любого лакокрасочного слоя– 40-100Н/мм2.
  • Толщина слоя может быть различной, можно утолщать слой в зонах повышенного риска коррозии.
  • Пористость цинкового слоя менее 1%.

Комбинированные – дуплексные способы обработки

Дуплексные покрытия предполагают комбинацию цинкового материала с полимерным или красочным.

Сочетание электрохимического эффекта защиты цинком с гидроизолирующим воздействием лакокрасочного слоя создает двойной защитный эффект.

Характеристики дуплекс-систем
  • Обеспечивает гальваническую или катодную защиту и одновременно барьерную.
  • Наносится также легко как лакокрасочное покрытие.
  • В изготовлении используется специальный вид цинка – атомизированный.
  • Повышает устойчивость к механическим повреждениям
  • Не требует сложной подготовки исходного материала к процессу покрытия – достаточно обработать растворителем.
  • Может наноситься поверх горячеоцинкованных и металлизированных поверхностей.
  • Нетоксичны и экологически безвредны.

Цинкование металла своими руками

Методы цинкования в своем большинстве — это производственные способы, требующие промышленного оборудования и специальной обработки металла.

Некоторые из них доступны умельцам в мастерских. Чаще всего говорят о «гаражном цинковании, поскольку именно они нуждаются в восстановлении деталей и узлов автомобилей.

Наиболее доступный метод – холодная оцинковка.

Существует возможность гальванической обработки деталей. Она позволяет формировать на поверхности изделий узоры и декоративные элементы.

Гальваническое цинкование своими руками

Для работы с таким методом необходим электролит. Это может быть хлорид цинка (ZnCl), соляная кислота (HCl), Сульфат цинка (ZnSo4). Составы требуют максимума осторожности, химические компоненты имеют тенденцию взрываться или вступать в непредвиденные реакции.

Цинковый состав предполагает добычу цинка из солевых батареек, металлических оцинкованных предметов, предохранителях советского производства, или покупку на авто- или радиорынке.

Как работать:

  • Ванной может стать пластиковая или стеклянная ёмкость.
  • Анод – пластина из цинка с подведенным плюсовым зарядом.
  • Обрабатываемая деталь играет роль катода. Она должна быть подготовлена – очищена, обезжирена, активирована. Её располагают равноудаленно от анода.
  • Источник питания- аккумулятор, блок питания. Предосторожность заключается в том, чтобы не допускать активного кипения. При спокойном процесс длительная гальванизация обеспечит толстый защитный слой цинка.

Холодное цинкование своими руками

Для работы методом холодной оцинковки пригодятся:

  • Шлифовальная машинка или металлическая щетка.
  • Растворитель.
  • Строительный миксер или дрель с насадкой
  • Инструмент для покрытия: краскопульт, кисть или что-то подобное.
  • Состав для цинкования.
  • Защитный костюм.

Последовательность работы:

  1. Очистка поверхности или удаление прежнего покрытия механически или химическим способом, удаление пыли сжатым воздухом. Обезжиривание.
  2. Рабочий состав готовят к работе: перемешивают, при необходимости разбавляют.
  3. Нанесение состава на открытом воздухе в несколько слоев, давая высохнуть в течение 1-2 часов.
  4. Когда покрытие высохнет окончательно можно наносить финишную краску, лак или эмаль.

Ряд препаратов для холодного цинкования продается в соответствующих магазинах.

Часть из них устойчива к нефтепродуктам, растворителям, агрессивным средам.

Некоторые варианты специально «заточены» на защиту автодеталей от коррозии, другие направлены на повышение защиты легированной стали.

При выборе обращают внимание на диапазон температур и прочностные свойства.

Используемая литература и источники:

  • ЗАЩИТНЫЕ ЦИНКОВЫЕ ПОКРЫТИЯ: СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ, РАЦИОНАЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ. Е. Проскуркин ГП «НИТИ», Украина журнал «Национальная металлургия» сентябрь, октябрь 2005 г.
  • Ф.Ф. Ажогин и гр. авторов. Гальванотехника; Спр. издание / Под редакцией А.М. Гринберга. — Москва: Металлургия, 1987.
  • Хасуй А. Техника напыления. Перевод с японского Масленникова С. Л.. М. Изд-во Машиностроение. 1975 г.
  • Статья на Википедии про цинкование

Цинкование металла – всё о процессе и особенностях цинкования металлоконструкций + Видео

Цинкование металла - это способ защиты от коррозии и окисления посредством нанесения на материал тонкого слоя цинка. Большинство металлов имеет общее свойство - реагировать с кислородом, который находится в воздухе, создавая при этом на своей поверхности тонкую защитную пленку оксидов.

1 Горячее цинкование

Этот защитный барьер не позволяет кислороду проникать вглубь металла, в результате чего окисление прекращается. Железо также соединяется с кислородом, но оксид железа и сопутствующий ему гидроксид, который возникает при наличии в воздухе влаги, занимают объем больший, чем первоначальное железо. Вследствие этого пленка на поверхности металла начинает разрушаться, открывая доступ кислороду в нижележащие слои железа.

Для предотвращения данного необратимого процесса поверхность защищаемых конструкций подвергают цинкованию. Этот простой процесс позволяет надежно защитить железные изделия от физического и химического воздействия.

Защита поверхности конструкций

Процесс цинкования поверхностей может производиться разными способами. Рассмотрим самые распространенные из них - горячее, гальваническое, термодиффузионное, холодное и ламельное (цинк-ламельное).

Осуществляется путем погружения обрабатываемых материалов в расплавленный цинк с дальнейшим удалением излишков металла методом центрифугирования. Предварительно подготовленные и протравленные заготовки погружают в керамическую ванну с расплавом цинка, после чего их вынимают и удаляют лишний металл в центрифуге.

Погружение материалов в расплавленный цинк

Используется в основном для метизов и мелких деталей, так как процесс покрытия происходит во вращающемся барабане, сквозь который пропускают расплав с температурой около 460°С. Горячее цинкование металлоконструкций считается первым в истории - оно было открыто в 1742 году французским физиком и химиком Полем Жаком Малуэном. Патент на открытие получен в 1836 году французом Станисласом Сорелем. Горячее цинкование обеспечивает достаточно длительную защиту железа от внешних воздействий: минимальный срок надежной защиты составляет 65 лет в агрессивных промышленных условиях.

2 Гальваническое цинкование

При цинковании стали с помощью данного процесса детали погружаются в специальный электролитический раствор. К деталям присоединяют катод от источника постоянного тока, а в раствор опускают цинковую болванку либо листовой цинк, подсоединенный к аноду. Ионы металла в электролите начинают двигаться от металлического цинка до покрываемой детали, где оседают тонким слоем. Таким способом можно одновременно покрыть ровным слоем цинка большое количество деталей разнообразной формы и размера. Еще одно преимущество - низкая стоимость и высокая скорость. К недостаткам относят слабую адгезию между металлом и покрытием, вследствие чего изделия слабо переносят физические нагрузки и значительные деформации. Гальванической обработкой производят цинкование труб, листового железа, металлоконструкций, крепежных элементов.

Гальваническая обработка изделий

Для данного способа защиты используют несколько типов электролитов - кислые, щелочные цианистые и нецианистые. Недостатки щелочного нецианистого способа - потребность его нагрева до 60-70°С, тогда как цианистый электролит, хотя и более опасен для окружающей среды, создает ровное покрытие при нормальной температуре. Щелочное цинкование - одно из самых распространенных в современной промышленности.

3 Термодиффузионное цинкование

Данный метод - один из самых молодых и перспективных способов защиты металла от коррозии. Его суть в том, что под действием высокой температуры порошкообразные частицы цинка взаимодействуют с железом, в результате чего происходит спекание дух компонентов с образованием промежуточного диффузного слоя, в котором осуществляется взаимопроникновение железа и цинка друг в друга. В итоге возникает надежный защитный слой, который отлично противостоит коррозии, механической нагрузке и проникновению агрессивных веществ внутрь изделия. Диффузионное покрытие составляет до трети общей толщины слоя и обеспечивает хорошую адгезию материалов.

Данный метод имеет очень много преимуществ перед другими:

  1. Диффузионный слой покрывает всю поверхность изделия, даже места резьбовых соединений, мелкие структурные элементы и маркировку. Обрабатываемая поверхность имеет высокий класс чистоты.
  2. Адгезия цинка и железа максимальна, если сравнивать ее с другими методами оцинковки.
  3. Толщина слоя цинка может быть практически любой и зависит только от времени, которое деталь проводит в печи.
  4. Благодаря тому, что отсутствует необходимость предварительной кислотной протравки, металлическое изделие не теряет своих механических свойств, тогда как при других методах цинкования детали часто становятся хрупкими.
  5. Благодаря тому, что весь процесс происходит в закрытых емкостях, метод отличается высокой экологичностью и отсутствием вредных выбросов.
  6. Себестоимость термодиффузионного цинкования значительно ниже благодаря тому, что оно требует низких затрат энергии, рабочей площади и человеческой силы.

Термодиффузионное цинкование

Метод термической диффузии, как и любые другие процессы цинкования, обладает и некоторыми недостатками:

  1. Обработанная поверхность не имеет блестящего декоративного вида, но, поскольку она предназначена в первую очередь для промышленных предприятий, данным недостатком можно пренебречь.
  2. При произведении обработки нужно внимательно следить за соблюдением всех правил безопасности и герметичностью системы, так как цинковая пыль, задействованная в технологическом процессе, опасна для здоровья людей.

Для цинкования данным методом необходимо следующее оборудование:

  • электрическая печь с вертикальной загрузочной камерой;
  • цилиндр из нержавеющей стали, в который производится загрузка металлических изделий и цинковой шихты, так называемая реторта;
  • механизм для опускания, подъема и вращения цилиндра.

Оборудование для данного метода

Обработка изделий происходит следующим образом: в камеру нагревательной печи опускается реторта с предварительно загруженными в нее обрабатываемыми изделиями и цинковой шихтой. Благодаря электрическим элементам содержание цилиндра нагревается до температуры от 400 до 470°С, после чего вращением шихта распределяется по поверхности изделий. Таким способом осуществляется цинкование труб, железных и стальных деталей и метизов.

Все процессы производятся согласно ГОСТ Р 9.316 «Покрытия термодиффузионные цинковые».

4 Холодное цинкование металла

Данный тип обработки поверхности можно отнести к самым простым способам цинкования, для выполнения которого не нужно использовать сложное оборудование и нагрев до высокой температуры.

Нанесение специального состава из цинкового порошка

На предварительно очищенную поверхность металла с помощью распылителя наносят специальный состав, который на 98% состоит из цинкового порошка и на 2% - из связующих веществ. Холодное цинкование дает надежную защиту, но обработанная поверхность не будет обладать металлическим блеском, что легко решается нанесением любого лакокрасочного покрытия. При нанесении цинкового состава холодным методом изделия из металла не поддаются нагреву, что сохраняет все их механические свойства. Покрытие можно наносить как на отдельные детали, так и на готовое изделие, в результате чего надежно обрабатываются все стыки, сварные швы, внутренние поверхности и другие структурные элементы.

5 Цинк-ламельное покрытие

Является промежуточным звеном между собственно цинкованием и лакокрасочным покрытием, обладая преимуществами обеих поверхностей - устойчивостью к коррозии и однородностью. Ламельное покрытие состоит из мельчайших чешуек цинка и алюминия, которые связаны между собой органическим или неорганическим связующим компонентом.

Нанесение защитного материала производится методом окунания заготовок в суспензию, которая состоит из 10% алюминия, 70% цинка и 20% связующих веществ. Второй способ - распыление аналогичного по составу вещества на детали, после чего ламельное покрытие сушат при температуре около 240°С до полного затвердевания.

Распыление защитного материала

Данное покрытие обладает небольшой толщиной, что позволяет использовать его для защиты деталей, которые используются в автомобилестроении. Ламельное покрытие может состоять из нескольких нанесенных поочередно слоев, каждый из которых будет иметь другие свойства. Например, нижний слой обеспечивает главную защиту от коррозии, средний - механическое сопротивление, верхний - декоративный - отвечает за внешний вид металлических изделий и их окраску.

Основные недостатки метода - некоторая хрупкость нанесенного покрытия по сравнению с процессами термодиффузного и горячего цинкования, так как не создается интерметаллический переходной слой между железом и цинком.

6 Заключение по теме

Химическое, физическое и электрохимическое цинкование позволяет защитить поверхность металлических изделий от коррозии, повысить их эксплуатационные и декоративные свойства.

Защита металлических изделий от коррозии

Качественно нанесенная защита имеет небольшую толщину, которая практически не изменяет линейные параметры продукции.

Современные способы оцинковки направлены на повышение качества процесса с одновременным понижением затрат на производство. Наиболее передовой метод - термодиффузионный, в данный момент он активно развивается, а в будущем займет нишу процессов обработки промышленных изделий, так как при высокой продуктивности требует минимума площади, энергии и обслуживающего персонала.

Способы цинкования металла

Железо и сталь — это материал из которого изготовлен скелет современной технологической цивилизации. Но — увы! - и у стальной основы нашей цивилизации есть свое уязвимое место. Оно называется коррозия, от которой железо и сталь не имеют той естественной защиты, какой является оксидная пленка для многих цветных металлов — олова, цинка или алюминия.

Сталь нуждается в защите от коррозии - и лучшей защитой для нее будет цинкование. (или оцинковка). Оцинкованный лист прослужит гораздо дольше обычного стального.

Почему именно цинк?

Прежде всего потому, что цинк достаточно распространен и недорог, сам по себе коррозии практически не поддается, плавится при не очень высокой температуре (около 420 градусов, что гораздо ниже температуры плавления железа), обладает приемлемой прочностью. И при этом — что важно! - имеет стационарный электрический потенциал -0,76 В., то есть гораздо более отрицательный, чем у железа.

Благодаря этому своему свойству, цинк, даже при нарушении целостности покрытия и под воздействием электролитов, будет в возникающих электрохимических реакциях играть роль анода. То есть станет медленно растворяться, защищая этим от электрохимической коррозии стальную основу конструкции. В общем — даешь цинковые покрытия! Вот только какими способами их наносить? Это достаточно интересный вопрос, поскольку способов таких несколько — и у каждого из них есть свои плюсы и минусы. Рассмотрим их…

Горячее цинкование

Это самый, на первый взгляд, простой и надежный метод создания цинковой пленки на изделиях их чугуна и стали: эти предметы просто погружают в расплав цинка, а потом вынимают уже покрытыми слоем цинка толщиной от 40 до 80 микрон — то есть достаточно плотным и износостойким.

Однако не все так просто: для того, чтобы цинковая пленка надежно «зацепилась» на поверхности черного металла, эта поверхность должна быть тщательно очищена и офлюсована (то есть покрыта составом, который должен предотвратить ее окисление до соприкосновения с расплавом цинка, и обеспечить надежную адгезию цинковой пленки).

При этом нужно иметь в виду, что расплавленный цинк застывает довольно быстро и может поэтому образовывать наплывы до 1 мм. толщиной, что нежелательно в тех случаях, когда на поверхность оцинкованных изделий есть резьба. Кроме того, сама технология накладывает ограничения на размеры изделий, которые мы хотим оцинковать таким способом — они не могут быть больше, чем ванны с расплавом цинка (а они не могут очень большими по определению).

Холодный метод цинкования

В отличии от горячего цинкования, его холодный вариант никак не связан с размерами цинкуемых деталей и поверхностей, поскольку он состоит в нанесении на них электролитических растворов цинка в различных летучих жидкостях. Такие растворы (гальванол, цинотан, цинотерн, цинкнол) наносятся на стальную поверхность из пульверизатора: растворитель высыхает, а цинковое покрытие остается — причем «садится» оно на поверхность стали очень надежно, с высокой адгезией. При этом покрываемую поверхность не нужно флюсовать, ее достаточно просто очистить от ржавчины и грязи.

Холодный метод цинкования хорош своей простотой

и применимостью для работ на открытом воздухе. Но внешний вид покрытой таким способом стали будет просто матово-серым без металлического блеска.

Поэтому холодное цинкование лучше всего использовать как «покрытие под покраску».

Гальванический метод цинкования

Зато гальванический метод цинкования придает оцинкованой поверхности чрезвычайно привлекательный вид.

Он состоит в том, что через ванну с электролитом течет ток, причем анодом служат цинковые пластины, а катодом — изделия из стали. Под действием тока цинк растворяется в электролите, и его ионы оседают на железе. В результате получается тонкая (от 4 до 20 микрон) пленка, которая не только защищает сталь от коррозии, но и придает поверхности эстетичный внешний вид. Поверхность, покрытая гальваническим цинком может приобрести (в зависимости от своей толщины) сине-голубой, светло-серый или матово-белый металлический блеск. Главными достоинствами такого покрытия будет равномерность его толщины по всей покрываемой поверхности.

Но за этими плюсами идут и свои минусы: тонкое и красивое гальваническое покрытие будет не стойким к истиранию, а увеличение его толщины будет чревато тем, что сталь в процессе гальваники может приобрести заодно и т.н. «водородную хрупкость». Тем не менее, гальваническое цинкование. в силу своей малой себестоимости очень часто используется для антикоррозионной защиты разных видов крепежа, металлических изделий и декоративных элементов.

Термодиффузное цинкование

Главного недостатка гальванического цинкования - «водородной хрупкости» позволяет избежать технология термодиффузионного цинкования.

Она основана на том, что цинк при определенных условиях может испаряться с поверхности цинксодержащего порошка и проникать в поверхностные слои железа, так что в результате образуется сложный сплав цинка с железом.

Такая диффузия становится возможной при

высокой (от 290 до 400 градусов) температуре и наличии электрического потенциала, при котором стальные изделия являются анодом.

Процесс термодиффузии производится во вращающемся контейнере при пониженном давлении (0,1 атмосферы) в восстановительной водородной атмосфере. На термодиффузное цинкование каждой партии крепежных метизов требуется от 90 до 180 минут.

В результате эти детали приобретут мышино-серый цвет — но вместе с ним и повышенную прочность поверхности и отменную устойчивость к коррозии ( в 3-5 раз лучшую, чем при гальваническом цинковании и в полтора-два — чем при горячей оцинковке).

При этом равномерность покрытия будет идеальной, а про адгезию такого покрытия говорить и смысла нет — оно просто «сливается» с черным металлом, так что отделить ее от него просто невозможно. Конечно, внешний вид оцинкованных таким способом метизов, большого эстетического удовольствия не доставляет, но от болтов, гаек, пружин и шурупов особой красоты и не требуется.

Недостаток же у термодиффузного цинкования только один, но существенный — в силу особенностей технологии применять ее можно только в отношении небольших по размеру предметов.

Газо-термическая оцинковка

В последнее время все более широко начинает использоваться еще один вариант нанесения цинкового покрытия — газо-термический. В этом случае цинк в виде тонкой проволоки или порошка подается к соплу специальной горелки, расплавляется в потоке раскаленного газа и мельчайшими каплями оседает на поверхность стального или чугунного изделия.

В принципе, такой метод можно было бы считать разновидностью горячего цинкования, если бы только капли расплавленного цинка, ударяясь о поверхность металла не деформировались, создавая «чешуйчатое» пористое покрытие.

Такое покрытие требует дополнительного слоя краски для заполнения микропор в слое цинка.

Это, конечно, недостаток, но зато такие комбинированные покрытия отличаются отличной адгезией и обладают устойчивостью в самых неблагоприятных условиях эксплуатации (в морской  воде, частых атмосферные осадках, кислой среде и т.д.), где они могут сохраняться до 30 лет.

Видео по теме:

Взаимодействие оцинкованной стали и воды

Довольно распространенным обстоятельством для оцинкованной стали является ее взаимодействие с водой. Влага оказывает сильное коррозионное воздействие на большинство металлов, включая железо и цинк. Несмотря на сложность прогнозирования коррозии, горячее цинкование металла является одним из лучших способов защиты от коррозии для подобных металлоконструкций из-за его полного и равномерного покрытия. По аналогии с цинковой патиной в атмосферных условиях, в некоторых жидких средах цинковое покрытие приобретает пассивную пленку на поверхности, замедляя скорость коррозии.

Также как и в почве, прогнозировать скорость коррозии металла в воде довольно трудно. Многие параметры влияют на коррозию металлов в водной среде, в том числе уровень рН, содержание кислорода, температура воды, течение, присутствие ингибиторов, а также условия приливов и отливов. Первым шагом в решении вопроса долговечности оцинкованной стали является правильное покрытие для металлоконструкций, чтобы определить, какой тип воды будет использоваться. Вода может быть разделена на несколько различных типов: чистая вода (например, дистиллированная вода), пресная вода или морская вода и каждый из них имеет различные механизмы, которые определяют максимальную скорость коррозии.

Чистая вода

Чистая или дистиллированная вода, как правило, очень агрессивна по отношению к цинковому покрытию из-за присутствия растворенного кислорода и углекислого газа. Скорость коррозии стали растет с аэрацией чистой воды. Растворенный кислород в чистой воде усиливает скорость коррозии в пять-десять раз в сравнении с уголекислотой.

Пресная вода

Цинкование успешно используется для защиты стали, которая контактирует с пресной водой. Пресная вода относится ко всем формам воды, кроме морской воды. Такая вода может быть классифицирована в соответствии с ее происхождением или применением. Сюда входят такие типы воды как горячая и холодная бытовая вода, промышленные воды, речная, озерная и вода каналов. Коррозия цинка в пресной воде представляет собой сложный процесс, контролируемый в основном примесями в воде. Даже дождевая вода содержит кислород, азот, углекислый газ и другие растворенные газы, в дополнение к частицам пыли и дыма.

В грунтовых водах зачастую присутствуют микроорганизмы, продукты эрозии почвы, гниющая растительность, растворенные соли кальция, магния, железа и марганца, и взвешенных коллоидных веществ. Все эти вещества и другие факторы, такие как рН, температура и движение воды влияют на структуру и состав продуктов коррозии, образующихся на открытой поверхности цинка.

Относительно небольшие различия в содержании пресной воды или условиях контакта может привести к сравнительно существенным изменениям в скорости коррозии оцинкованной стали. Таким образом, не существует простого правила, регулирующего скорость коррозии цинка в пресной воде. Тем не менее, некоторые исследования показывают, что жесткая вода гораздо меньше влияет на скорость коррозии стали, чем мягкая вода. В условиях умеренной или высокой жесткости воды, естественный масштаб нерастворимых солей имеет тенденцию к образованию на оцинкованной поверхности. В сочетании с цинком они образуют защитный барьер карбоната кальция и основного карбоната цинка, которые замедляют скорость коррозии.

Самыми существенными факторами, влияющими на скорость коррозии цинка в пресной воде, являются растворенные газы, минеральный уровень жесткости и скорость потока.

Газы: больше кислорода означает, что больше продуктов коррозии образуется на поверхности цинка, которые увеличивают ее скорость. По этой причине, полное погружение в воду оцинкованных металлоконструкций лучше, чем частичное погружение, так как под водой меньше кислорода. Средние и нижние слои воды, как правило, имеют более низкое содержание растворенных частиц кислорода, поэтому коррозия является низкой, в то время как поверхностные воды и источники имеют более высокие коррозионные показатели.

Жесткость: в жесткой воде при контакте с оцинкованным металлом образуется карбоната цинка, который, в отличие от оксида цинка, не растворяется в воде. Карбонатные отложения цинка на поверхности цинка создают пассивную пленку, замедляя коррозию. Чем мягче вода, тем ниже процент содержания карбоновых солей; поэтому, мягкая вода является более коррозионной, чем вода жесткая.

Скорость потока: более высокие скорости потока имеют тенденцию к увеличению коррозии, так как он действует аналогично ветру при атмосферном воздействии — это означает повышенный абразивный износ.

Оцинкованные покрытия и морская вода

Оцинкованные покрытия обеспечивают значительную защиту стали, погруженную в морскую воду и подвергнутую воздействию солевого тумана. Факторы, влияющие на коррозию цинка в пресной воде, также применяются к морской воде.

Температура: Чем теплее вода, тем выше атака на цинк из-за реакции между кислородом и цинком, которая происходит быстрее при более высоких температурах. Поэтому в тропическом климате морская воде гораздо более коррозионная, чем морская вода умеренного климата. Умеренные морские воды имеют цикл замораживания, и часто менее агрессивных по отношению к оцинкованной стали, чем даже пресная вода.

Ионизация: При умеренной температуре существует образование форм солей цинка с магнием и кальцием, которые не растворимы в воде. Эти пассивные соединения образуют на поверхности цинка, препятствующего коррозии металла от реакции с кислородом и хлоридами, и замедляют скорость коррозии. Тропические воды имеют тенденцию к затруднению развития этих соединений, поскольку чем холоднее температура, тем лучше их образование.

Учитывая высокий уровень содержания хлоридов в морской воде, можно было бы ожидать очень высокой скорости коррозии цинка. Тем не менее, присутствие ионов магния и кальция в морской воде оказывает сильное ингибирующее действие на коррозию цинка в этом типе окружающей среды. При ускоренных лабораторных испытаниях иногда используют солевой раствор (NaCl), чтобы имитировать эффекты воздействия морской воды на оцинкованную сталь. Реальные результаты часто существенно отличаются от ускоренных лабораторных испытаний.

Цинк: выплавка, производство и классификация - Металпедия

Цинк: выплавка, производство и классификация-Металпедия
  • 80% цинковых рудников находятся под землей, 8% - открытого типа, а оставшаяся часть представляет собой комбинацию того и другого. Однако с точки зрения объема добычи на открытые рудники приходится до 15%, на подземные рудники - 64%, а 21% добычи приходится на комбинированную добычу подземным и открытым способом.
  • Цинк содержится в земной коре в основном в виде сульфида цинка (ZnS). Редко когда добытая руда оказывается достаточно богатой для непосредственного использования на плавильных заводах; его нужно сконцентрировать. Цинковые руды содержат 5-15% цинка. Чтобы сконцентрировать руду, ее сначала измельчают, а затем измельчают, чтобы обеспечить оптимальное отделение от других минералов. Обычно цинковый концентрат содержит около 55% цинка с небольшим количеством меди, свинца и железа. Концентрация цинка обычно производится на руднике, чтобы снизить транспортные расходы до плавильных заводов.
  • Плавка цинка - это процесс превращения цинковых концентратов (руд, содержащих цинк) в чистый цинк. Наиболее часто обрабатываемым цинковым концентратом является сульфид цинка, который получают путем концентрирования сфалерита методом пенной флотации. Вторичный (переработанный) цинковый материал, такой как оксид цинка, также обрабатывается сульфидом цинка. Приблизительно 30% всего производимого цинка происходит из вторичных источников.
  • Существует два метода плавки цинка: пирометаллургический процесс и гидрометаллургический процесс (более 90% гидрометаллургического процесса осуществляется на электролизных установках с использованием процесса электролиза).Оба метода все еще используются. Оба этих процесса имеют один и тот же первый этап: обжаривание.
  • Обжарка - это процесс окисления концентратов сульфида цинка при высоких температурах до неочищенного оксида цинка, называемого «кальцином цинка». Химические реакции, происходящие в процессе:
  • Процесс обжарки зависит от типа используемого жаровни. Есть три типа обжарочных аппаратов: многоподовые, подвесные и с псевдоожиженным слоем.
  • Сегодня более 90% цинка производится гидрометаллургическим способом на электролизных заводах.
  • Процесс электролиза
  • Процесс электролиза, также известный как гидрометаллургический процесс, процесс обжарки-выщелачивания-электролиза (RLE) или электролитический процесс, используется более широко, чем пирометаллургические процессы.
  • Процесс электролиза состоит из 4 этапов: выщелачивания, очистки, электролиза, плавления и литья.
  • Выщелачивание
  • Основная химическая формула выщелачивания, которая управляет этим процессом:
  • Очистка
  • В процессе очистки используется процесс цементации для дальнейшей очистки цинка. Он использует цинковую пыль и пар для удаления меди, кадмия, кобальта и никеля, которые могут помешать процессу электролиза.
  • Электролиз
  • Цинк извлекается из очищенного раствора сульфата цинка электролизом, который представляет собой специализированную форму электролиза. Процесс заключается в пропускании электрического тока через раствор в серии ячеек. Это вызывает осаждение цинка на катодах (алюминиевых листах) и образование кислорода на анодах. Серная кислота также образуется в процессе и повторно используется в процессе выщелачивания. Каждые 24-48 часов каждая ячейка отключается, оцинкованные катоды удаляются и промываются, а цинк механически удаляется с алюминиевых пластин.
  • Электролитические печи для плавки цинка содержат до нескольких сотен ячеек. Часть электрической энергии преобразуется в тепло, что увеличивает температуру электролита. Электролитические ячейки работают в диапазоне температур от 30 до 35 ° C (86-95 ° F) и при атмосферном давлении. Часть электролита непрерывно циркулирует через градирни как для охлаждения, так и для концентрирования электролита за счет испарения воды. Охлажденный и концентрированный электролит затем возвращается в ячейки.На этот процесс приходится примерно треть всей энергии, потребляемой при выплавке цинка.
  • Существует два распространенных процесса электролитического извлечения металла: процесс с низкой плотностью тока и процесс Tainton с высокой плотностью тока. В первом в качестве электролита используется 10% раствор серной кислоты с плотностью тока 270–325 ампер на квадратный метр. Последний использует в качестве электролита 22–28% раствор серной кислоты с плотностью тока около 1000 ампер на квадратный метр.Последний дает лучшую чистоту и имеет более высокую производительность на единицу объема электролита, но имеет тот недостаток, что он более горячий и вызывает большую коррозию емкости, в которой это делается. В любом из электролитических процессов каждая метрическая тонна производства цинка расходует около 3 900 кВт • ч (14 ГДж) электроэнергии.
  • Плавка и литье
  • Последний этап - плавление катодов в индукционной печи. Затем его либо отливают в чистый цинк (99.995% чистоты) в слитках или легированных и отлитых в слитки.
  • Существует также несколько пирометаллургических процессов, которые восстанавливают оксид цинка с использованием углерода, а затем отгоняют металлический цинк из полученной смеси в атмосфере моноксида углерода. Основным недостатком любого пирометаллургического процесса является то, что его чистота составляет всего 98%; Стандартный состав - 1,3% свинца, 0,2% кадмия, 0,03% железа и 98,5% цинка. Он может быть достаточно чистым для гальванизации, но недостаточным для сплавов для литья под давлением, для которых требуется специальный высококачественный цинк (99.Чистота 995%). Для достижения этой чистоты цинк необходимо очистить. Четыре типа промышленных пирометаллургических процессов - это (электротермический) процесс компании St. Joseph Minerals Corporation, доменный процесс, процесс непрерывной вертикальной реторты New Jersey Zinc и процесс горизонтальной реторты бельгийского типа.
  • St. Joseph Mineral Company (электротермический) процесс
  • Этот процесс был разработан компанией St. Joseph Mineral Company в 1930 году и является единственным пирометаллургическим процессом, который до сих пор используется в США для плавки цинка.Преимущество этой системы заключается в том, что она способна плавить широкий спектр цинксодержащих материалов, включая пыль электродуговой печи. Недостатком этого процесса является то, что он менее эффективен, чем процесс электролиза.
  • Процесс начинается с операции спекания в нисходящем потоке. Агломерат, представляющий собой смесь кальцина из печи для обжига и кальцина из ДСП, загружается на конвейер с заслонкой, а затем газы сгорания прокачиваются через агломерат. Углерод в дымовых газах реагирует с некоторыми примесями, такими как свинец, кадмий и галогениды.Эти примеси удаляются в фильтрующие мешки. Агломерат после этого процесса, называемого агломератом продукта, обычно имеет состав из 48% цинка, 8% железа, 5% алюминия, 4% кремния, 2,5% кальция и меньших количеств магния, свинца и других металлов. Затем агломерат загружается с коксом в электрическую ретортную печь. Пара графитовых электродов из верхней и нижней части печи создает ток через смесь. Кокс обеспечивает электрическое сопротивление смеси, чтобы нагреть смесь до 1400 ° C (2550 ° F) и произвести монооксид углерода.В этих условиях возможна следующая химическая реакция:
  • Пары цинка и диоксид углерода поступают в вакуумный конденсатор, где цинк восстанавливается путем барботирования через ванну с расплавленным цинком. Более 95% паров цинка, выходящих из реторты, конденсируется в жидкий цинк. Диоксид углерода регенерируется углеродом, а монооксид углерода возвращается обратно в ретортную печь.
  • Доменный процесс (Imperial Smelting Process)
  • Этот процесс был разработан National Smelting Company в Avonmouth Docks, Англия, с целью увеличения производства, повышения эффективности и снижения затрат на рабочую силу и техническое обслуживание.Л. Дж. Дерхэм предложил использовать распыление капель расплавленного свинца для быстрого охлаждения и поглощения паров цинка, несмотря на высокую концентрацию диоксида углерода. Затем смесь охлаждают, при этом цинк отделяется от свинца. Первый завод, использующий эту конструкцию, был открыт в 1950 году. Одним из преимуществ этого процесса является то, что он может одновременно производить свинцовый слиток и медный шлак. В 1990 году на его долю приходилось 12% мирового производства цинка.
  • Процесс начинается с загрузки твердого агломерата и нагретого кокса в верхнюю часть доменной печи.Подогретый воздух при температуре от 190 до 1050 ° C (от 370 до 1920 ° F) вдувается в нижнюю часть печи. Пары и сульфиды цинка выходят через верх и попадают в конденсатор. Шлак и свинец собираются на дне печи и регулярно выпускаются. Цинк очищается от пара в конденсаторе жидким свинцом. Жидкий цинк отделяется от свинца в контуре охлаждения. Приблизительно 5 000 метрических тонн (5 500 коротких тонн) свинца требуется каждый год для этого процесса, однако этот процесс извлекает из исходных руд на 25% больше свинца, чем другие процессы.
  • IS процесс является энергоемким и поэтому стал очень дорогим из-за роста цен на энергию. Сегодня печи Imperial Smelting работают только в Китае, Индии, Японии и Польше.
  • Нью-Джерси Цинк непрерывная вертикальная реторта
  • Цинк-процесс в Нью-Джерси больше не используется для производства первичного цинка в США, Европе и Японии, однако он все еще используется для обработки вторичных производств.Пик этого процесса пришелся на 1960 год, когда на его долю приходилось 5% мирового производства цинка. Модифицированная версия этого процесса все еще используется в Хулудао, Китай, где производится 65 000 метрических тонн в год.
  • Этот процесс начинается с обжига концентратов, которые смешиваются с углем и брикетируются в два этапа. Затем брикеты нагревают в установке для коксования без самовоспламенения при 700 ° C (1292 ° F) и затем загружают в реторту. Для брикетирования кальцина есть три причины: обеспечить свободное движение шихты вниз; для обеспечения теплопередачи через поперечное сечение практического размера; чтобы обеспечить адекватную пористость для прохождения восстановленных паров цинка к верхней части реторты.Восстановленный пар цинка, который собирается в верхней части реторты, затем конденсируется в жидкость.
  • Overpelt усовершенствовал эту конструкцию за счет использования только одной большой камеры конденсации вместо множества маленьких, как это было изначально разработано. Это позволяло рециркулировать окись углерода в печи для нагрева реторт.
  • Лицензия на этот процесс была предоставлена ​​Imperial Smelting Company (ISC) в Эйвонмуте, Англия, которая в течение многих лет производила большую установку с вертикальными ретортами (VR).Он использовался до середины 1970-х годов, когда его заменил завод компании Imperial Smelting Furnace (ISF). Завод VR был снесен в 1975 году.
  • Горизонтальный ретортный процесс бельгийского типа
  • Этот процесс был основным процессом, использовавшимся в Великобритании с середины 19 века до 1951 года. Процесс был очень неэффективным, так как он был разработан как мелкомасштабная периодическая операция. Каждая реторта производила всего 40 килограммов (88 фунтов), поэтому компании складывали их в банки и использовали одну большую газовую горелку для их нагрева.Бельгийский процесс требует повторной дистилляции для удаления примесей свинца, кадмия, железа, меди и мышьяка.
  • Источник: Цинковая выплавка - Википедия; 12.7 Выплавка цинка - EPA; Производство цинка - от руды до металла - Международная цинковая ассоциация

Руководство для практиков по цинку 2020

Цинк - один из самых распространенных минералов в организме (после железа), и он присутствует в каждой клетке. Примерно 20-40% потребляемого цинка усваивается организмом, в зависимости от биодоступности в реальном источнике пищи (биодоступность цинка из зерновых и растительных продуктов ниже, чем из продуктов животного происхождения).Группы продуктов, обеспечивающие наиболее биодоступный цинк, как правило, поставляются из красного мяса и птицы, причем устрицы содержат больше цинка на порцию, чем любой другой продукт. Другие источники пищи включают бобы, орехи, определенные виды морепродуктов (например, крабов и омаров), цельнозерновые продукты, обогащенные хлопьями для завтрака и молочные продукты.

Взрослый человек среднего роста имеет от 1,4 до 2,3 г цинка и требует в среднем 10-15 мг цинка в день. Поскольку организм не производит и не хранит цинк естественным образом, он считается важным питательным веществом, и вы должны получать его с пищей или добавками.

Цинк играет важную роль в росте и развитии, иммунной функции, нейротрансмиссии, зрении, размножении и переносе ионов в кишечнике. Фактически, многие аспекты клеточного метаболизма зависят от цинка, и для того, чтобы цинк выполнял эти функции, требуется ряд специфических систем для транспортировки цинка через клеточную мембрану. Белки-переносчики цинка выполняют эту роль и поэтому незаменимы в физиологии цинка.

Функции цинка

На клеточном уровне функцию цинка можно разделить на три категории:

1) Каталитический

Более 100 различных ферментов зависят от цинка благодаря своей способности катализировать жизненно важные химические реакции

2) Строительный

Цинк играет важную роль в укладке и структуре некоторых белков.Белки построены в виде рыхлых цепочек, которые складываются сами по себе, образуя более стабильные компактные структуры. Цинк часто может помочь в этом процессе, образуя структуры, похожие на пальцы, известные как «белки цинкового пальца». Это одна из самых распространенных групп белков, которые участвуют во многих клеточных процессах, например, играя важную роль в развитии клеток крови, как описано в статье «Белки цинкового пальца для здоровья и болезней».

Другие примеры белков цинкового пальца включают ядерные рецепторы, которые связываются и реагируют на стероиды и другие молекулы, такие как витамин D, витамин А, эстроген и гормоны щитовидной железы.

Металлотионеины также являются примерами белков с цинк-связывающим мотивом. Это небольшие связывающие металлы белки, богатые цистеином, с высоким сродством к цинку. Они работают вместе с переносчиками цинка, регулируя концентрацию свободного цинка в цитозоле, как описано в ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ, БИОХИМИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РОЛИ ПЕРЕНОСИТЕЛЕЙ ЦИНКА В ГОМЕОСТАЗЕ И МЕТАБОЛИЗМЕ ЦИНКА .

Металлотионеины также участвуют в регуляции гомеостаза ионов металлов, детоксикации тяжелых металлов и защите от окислительного стресса на клеточном уровне.

Удаление цинка из цинксодержащих белков приводит к неправильной укладке белка и потере функции.

3) Нормативный

Действуя как факторы транскрипции и связываясь с ДНК, белки «цинковые пальцы» могут регулировать экспрессию генов.

Также было обнаружено, что цинк играет роль в «апоптозе» (гибели клеток), модулируя активность сигнальных ферментов клеток, влияя на высвобождение гормонов и передачу нервных импульсов , , что обсуждается в статье Цинк в регуляции клеток: Природа и значение «цинковых сигналов» .

Переход цинка в тело

Исследования, включающие прямое сравнение биодоступности различных форм цинка для людей, немногочисленны. Важным фактом является то, что форма цинка должна диссоциировать на ионы цинка, которые затем связываются с лигандами (белками), которые транспортируют цинк в клетки тонкой кишки. Существуют специфические транспортные белки, которые переносят цинк через клеточную мембрану в портальную систему кровообращения, где он транспортируется непосредственно в печень, прежде чем попадает в кровоток для доставки во все ткани.Гомеостаз цинка строго контролируется на уровне всего тела, тканей, клеток и субклеток с помощью ряда белков, из которых особенно важны переносчики цинка.

Примерно 70% циркулирующего цинка связано с сывороточным альбумином (белком плазмы), и факторы или условия, влияющие на эту концентрацию сывороточного альбумина, могут, в свою очередь, влиять на уровни цинка в сыворотке. Цинк в сыворотке быстро обновляется, чтобы удовлетворить потребности тканей.

Доступность цинка в сыворотке зависит от количества цинка, абсорбированного из вашего рациона, и считается, что достаточно постоянное диетическое питание необходимо для удовлетворения нормальных потребностей в цинке для поддержания и роста.

Цинк теряется через кожу и почки (общая потеря 0,5-0,8 мг / день), больше цинка теряется, когда тело больше потеет, например, в жарком климате и во время физических упражнений. Примерно половина всего цинка, выводимого из организма, теряется из-за выделения эпителиальных клеток в желудочно-кишечном тракте (0,5–3 мг / день), и, хотя значительное количество выделяется как с желчными, так и с кишечными секрециями, большая часть секретов реабсорбируется. регулирование баланса цинка.Голодание и разрушение мышц также увеличивают потерю цинка с мочой.

Белок увеличивает усвоение цинка, однако диета, богатая фитатами (например, в злаках, зернах, кукурузе и рисе), может препятствовать усвоению цинка.

Во время всасывания в кишечнике существует очень тонкий баланс между цинком и медью. Цинк снижает количество меди, поглощаемой вашим организмом, поскольку медь конкурирует с цинком за связывание с металлотионеином, связывающим белком, который переносит цинк в клетки кишечника.Соотношение цинк: медь, возможно, более важно, чем концентрация меди или цинка, и распространенной проблемой является чрезмерное содержание меди в воде из медных труб или медной посуды.

Цинк также конкурирует с железом во время всасывания в кишечнике, причем исследования показывают связь со статусом цинка в организме и гомеостазом железа, демонстрируя важность баланса этих минералов.

Факторы питания, влияющие на всасывание цинка

Важно понимать абсорбцию цинка и влияние диеты, когда вы думаете о том, как лучше всего улучшить свой статус питания цинком.

Маргинальный дефицит цинка и низкий статус цинка были признаны, как сообщалось в исследованиях дефицита цинка, во многих группах населения не только в менее развитых, но и в промышленно развитых странах.

Хотя в некоторых случаях причиной может быть недостаточное потребление цинка с пищей, ингибиторы его всасывания также оказывают влияние. Фитат, который присутствует в основных продуктах питания, таких как злаки, кукуруза и рис, в некоторых исследованиях цинка и отчетах показал, что он оказывает сильное негативное влияние на усвоение цинка после употребления.

Железо также влияет на абсорбцию цинка, как и кадмий (все более распространенный в нашей окружающей среде). Хотя количество белка в нашей пище может улучшить усвоение цинка, отдельные белки могут иметь ингибирующий эффект, как показано в этой статье о диетических факторах, влияющих на усвоение цинка.

Цинк Участие в:

Нормальное функционирование иммунной системы

Цинк играет центральную роль в иммунной системе и поддержке иммунной системы, влияя на клеточный и гуморальный иммунитет.Он играет роль в ответах, опосредованных клетками и антителами. Дефицит цинка, по-видимому, вызывает апоптоз, что приводит к потере предшественников В-клеток и Т-клеток в костном мозге. Цинк-зависимый фермент тимулин стимулирует развитие Т-клеток в тимусе, а выработка цитокинов мононуклеарными клетками также снижается из-за дефицита цинка. Соответствующий статус цинка необходим для естественной функции клеток-киллеров, и ионы цинка также проявляют прямую антимикробную активность, как подчеркивается в научной статье «Роль сигналов цинка в иммунной системе».

Синтез ДНК и деление клеток

Цинк необходим организму для производства белков и ДНК, генетического материала всех клеток.

Цинк необходим для пролиферации и дифференциации клеток, особенно для регуляции синтеза ДНК и митоза. Цинк является структурным компонентом ряда белков, включая ферменты клеточных сигнальных путей и факторы транскрипции.

Цинк необходим для инсулиноподобного фактора роста (IGF), который индуцирует пролиферацию клеток, а снижение доступности цинка, по-видимому, влияет на передачу сигналов через мембрану и вторичные мессенджеры, которые координируют пролиферацию клеток.

Защита ДНК, белков и липидов от окислительного повреждения

Цинк участвует в антиоксидантной деятельности организма. Связываясь с тиоловыми группами в белках, он снижает их восприимчивость к окислению. Цинк также способствует улавливанию активных форм кислорода, индуцируя экспрессию металлотионеина и увеличивая активность каталазы, а также действует как антиоксидант благодаря каталитическому действию медь / цинк-супероксиддисмутазы.

Вклад в нормальный синтез белка

Цинк способствует нормальному синтезу белка, включая синтез кератина и коллагена.Одним из важных белков, зависящих от цинка, является густин, который отвечает за вкус и запах. Низкий уровень густина или его отсутствие приводит к ухудшению вкуса и запаха, как показано в этом исследовании синтеза белка цинка.

Другими важными цинксодержащими ферментами являются карбоксопептидаза, которая помогает расщеплять белок. Дефицит цинка также нарушает синтез белка опсина, предшественника родопсина, который, если его уменьшить, приводит к ненормальной адаптации глаза к темноте. Цинк также необходим для фермента алкогольдегидрогеназа, ответственного за преобразование ретинола в сетчатку, необходимый для функции глаз.Цинк важен для синтеза гемоглобина, белка, ответственного за перенос кислорода в кровь.

Обслуживание костей

Цинк способствует образованию клеток, способствующих строительству костей, и предотвращает чрезмерное разрушение костей.

Это важный кофактор ферментов, участвующих в синтезе различных клеток костного матрикса, и играет роль в отложении и резорбции кости. В дополнение к этому, он играет структурную роль в самом костном матриксе. Кристаллы гидроксиапатита, составляющие костный минерал, содержат цинк-фторидный комплекс, и цинк необходим для остеобластической активности (образования кости).Дефицит цинка снижает активность белков матрикса, коллагена 1 типа и щелочной фосфатазы, снижая накопление кальция и фосфора. Следовательно, дефицит цинка может стать фактором риска плохой кальцификации внеклеточного матрикса.

Цинк также показал в обсервационном исследовании, что он связан с повышенным риском переломов.

Некоторые исследования указывают на снижение уровня цинка в сыворотке или выведение цинка при заболеваниях костей, таких как остеопороз.

Поддержание нормальной концентрации тестостерона в сыворотке крови

В некоторых исследованиях цинка низкий статус цинка в пище был связан с низкими циркулирующими концентрациями некоторых гормонов, включая тестостерон.

Уровень тестостерона в сыворотке крови повышается при пероральном приеме цинка. В одном исследовании добавок цинка было показано, что добавление 250 мг сульфата цинка в день в течение 6 недель увеличивает уровень тестостерона в сыворотке крови у людей, находящихся на гемодиализе.

Свободный тестостерон превращается в ДГТ (дегидротестостерон) ферментом 5альфа-редуктазой, главным образом в предстательной железе, семенниках, надпочечниках и волосяных фолликулах. ДГТ повышен у бесплодных мужчин и, поскольку он имеет сродство с волосяными фолликулами, может привести к облысению по мужскому типу. Цинк, как сообщалось в этом исследовании цинка, ингибирует (до 98%) фермент 5-альфа-редуктазу.

Класс факторов транскрипции «цинковые пальцы», называемый суперсемейством стероидных / тироидных рецепторов, отвечает за опосредование биологической реакции на широкий спектр гормональных и метаболических сигналов.

Уход за нормальными волосами, ногтями и кожей

Цинк поддерживает здоровье кожи волос и ногтей разными способами. Пятнистое выпадение волос - признак дефицита цинка. Это может быть связано с ролью цинка в сигнальном пути Hedgehog, критическом компоненте путей, которые регулируют морфогенез волосяных фолликулов, согласно этому исследованию пути передачи сигналов hedgehog.

Энтеропатический акродерматит, аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное нарушением всасывания цинка, характеризуется обширным дерматитом, задержкой роста, диареей, выпадением волос и паронхией.

Дистрофия ногтей также описывалась как симптом дефицита цинка, как показано в этом отчете о связи между питанием и заболеванием ногтей.

Коллаген в коже вырабатывается цинк-зависимыми ферментами, коллагеназами. Коллаген 1 типа вырабатывается в коже и представляет собой долгоживущий структурный белок, продуцируемый фибробластами. Коллаген составляет 70% сухой массы кожи и придает коже ее структуру и устойчивость к растяжению и растяжениям. Общее количество коллагена в организме уменьшается на 1% в год как естественная часть старения, что приводит к снижению эластичности и старению кожи.Цинк необходим не только для ферментов, вырабатывающих коллаген, но и для образования поперечных связей, которые придают коллагену стабильность. Исследования коллагена и цинка показали, что скорость распада коллагена может быть снижена путем приема цинка.

Клетки экспрессируют многие переносчики цинка, которые способствуют гомеостатическому контролю клеток и тканей. Недавние исследования цинка и кожи показывают связь с функцией цинка и транспортеров цинка в различных типах клеток кожи, при этом одна научная точка зрения утверждает, что

«Одним из клинических проявлений тяжелого дефицита цинка у человека является акродерматит, характеризующийся эритематозными, пузырно-пузырчатыми и пустулезными высыпаниями, в основном вокруг отверстий тела и на конечностях.Как подробно описано в этом отчете о цинке и поддержании нормальной кожи .

Вклад в метаболизм макронутриентов

Цинк играет важную структурную, регулирующую или каталитическую роль во многих ферментах. Многие ферменты промежуточного метаболизма содержат цинк, и его дефицит влияет на метаболизм всех макроэлементов. Синтез белка, синтез ДНК и синтез РНК - все это требует цинка, и метаболизм липидов также нарушается, при этом дефицит цинка связан с сокращением циркулирующих липопротеинов высокой плотности.удалить

Цинк необходим для поддержания нормальной концентрации витамина А в плазме, он необходим для нормальной мобилизации витамина А из печени. Дефицит цинка снижает синтез ретинол-связывающего белка (RBP) в печени, что приводит к более низким уровням RBP в плазме. Он влияет на абсорбцию, транспорт и использование витамина А. Цинк также необходим для фермента алкогольдегидрогеназы, ответственного за преобразование ретинола в сетчатку, необходимую для функции глаз.

Вклад в нормальный углеводный обмен

Цинк является важным компонентом большого количества ферментов, которые участвуют в синтезе и расщеплении углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот, как описано в этой медицинской статье о роли цинка. Есть также медицинские исследования, показывающие связь с гомеостазом цинка и его ролью в диабете и нарушениях обмена веществ.

Способствует нормальной когнитивной функции

Цинк высококонцентрирован в коре головного мозга, шишковидной железе и гиппокампе, а дефицит цинка связан с нарушением формирования памяти и расстройствами настроения.Считается, как описано в Science Daily, что цинк может влиять на высвобождение молекул-посредников (нейротрансмиттеров), которые могут быть важны для формирования и хранения воспоминаний.

В гиппокампе концентрация цинка может достигать 8% от общего содержания цинка в головном мозге. Цинк подавляет рецептор NMDA (N-метил-D-аспартат) через сайт связывания, расположенный на одной из его субъединиц, действуя как антагонист, что, как сообщается в этой научной статье, связано с потенциальными антидепрессивными свойствами цинка.

Способствует нормальной фертильности и воспроизводству

Цинк играет важную роль в обеспечении фертильности и зачатия. Это одно из наиболее важных соединений семенной жидкости, выделяемой предстательной железой. Цинк играет важную роль в нормальном развитии яичек, сперматогенезе и подвижности сперматозоидов, как показано в этой статье об уровнях цинка в семенной жидкости. Факторы транскрипции «цинковые пальцы» в суперсемействе стероидных / тироидных рецепторов ответственны за биологический ответ на широкий спектр гормональных и метаболических сигналов.Низкий уровень цинка в пище связан с низкой концентрацией в крови ряда гормонов, включая тестостерон.

Цинк способствует нормальному метаболизму жирных кислот

Как описано в этой статье о взаимодействиях между цинком и жирными кислотами, показано, что цинк необходим для превращения линолевой кислоты в гамма-линоленовую кислоту (GLA) и мобилизации дигомогамма-линоленовой кислоты для синтеза ряда простагландинов. 1 (противовоспалительные простагландины), показывающий, что они важны для метаболизма жирных кислот.

Цинк способствует нормальному кислотно-щелочному обмену

pH крови и внеклеточной жидкости жестко регулируется наличием буферных систем, которые вызывают изменения в результате производства кислоты в результате клеточного метаболизма или попадания кислот в рацион. Кислотный / основной метаболизм - это баланс между кислотой и щелочью, позволяющий поддерживать уровень pH жидкостей организма как можно ближе к нейтральному (pH7). Любые изменения в результате могут привести к снижению доставки кислорода к тканям, нарушению уровня электролитов и изменениям сократимости сердечной мышцы.

В крови основной продукт окислительного метаболизма, CO2, реагирует с водой в присутствии карбоангидразы с образованием угольной кислоты (h3CO3), которая относительно нестабильна и имеет тенденцию к диссоциации и образованию H + и HCO3. Фермент, ответственный за это, является цинк-зависимым ферментом, известным как карбоангидраза, и исследования показали, что дефицит цинка в пище снижает активность карбоангидразы красных кровяных телец.

Цинк способствует нормальному метаболизму витамина А

Цинк участвует в абсорбции, транспортировке и использовании витамина А.Цинк необходим для поддержания нормальной концентрации витамина А в плазме, что делает его необходимым для нормальной мобилизации витамина А из печени. Поскольку цинк необходим для синтеза ретинол-связывающего белка (RBP), дефицит цинка влияет на мобилизацию витамина А из печени и его перенос в кровоток.

Цинк способствует поддержанию нормального зрения

Превращение ретинола в ретинальдейд (ретиналь) регулируется цинком через цинк-зависимый фермент ретинолдегидрогеназу, что делает его очень важным для здоровья глаз.Превращение ретинола в сетчатку является критическим этапом в зрительном цикле сетчатки глаза. Согласно этой статье о цинке и глазу, цинк, как полагают, влияет на плазматические мембраны фоторецепторов, регулирует реакцию свет-родопсин, модулирует синаптическую передачу и действует как антиоксидант.

Примечание: Эти заявления о пользе для здоровья в ЕС применимы, если продукт питания является как минимум источником цинка в соответствии с Приложением к Регламенту (ЕС) № 1924/2006. Такие количества можно легко употреблять в рамках сбалансированной диеты.Целевая группа - это население в целом.

Цинк и здоровье кишечника

Пища расщепляется в пищеварительном тракте, а затем питательные вещества попадают в кровоток. Стенки кишечника эффективно действуют как барьер, позволяющий проходить определенным питательным веществам, блокируя прохождение вредных веществ. Небольшие щели в стенке кишечника позволяют питательным веществам и воде проходить через них, и они известны как плотные соединения. В некоторых случаях эти плотные соединения могут ослабевать, позволяя более вредным веществам, таким как бактерии и другие токсины, проникать в кровоток.Это известно как «дырявый кишечник», и считается, что он вызывает обширное воспаление и часто вызывает иммунный ответ.

Сообщается, что цинк поддерживает иммунную систему и играет важную роль во многих метаболических процессах.

В 2001 году в исследовании цинка и повышенной проницаемости кишечника сообщалось, что при введении пациентам с болезнью Крона цинк может оказывать положительное влияние на слизистую оболочку кишечника.

Недавние исследования кишечной проницаемости показали, что цинк может ограничивать проницаемость кишечника, изменяя плотные соединения.

Это сообщаемое влияние цинка на барьерную функцию стенок кишечника привело к рассмотрению того, какое влияние дефицит цинка и его добавки могут иметь в отношении различных желудочно-кишечных проблем и здоровья кишечника, как это обсуждалось в этом обзоре о цинке и желудочно-кишечных состояниях.

Что произойдет, если у вас дефицит цинка?

Поскольку цинк является таким важным питательным веществом и активно участвует во многих жизненно важных функциях в организме, дефицит цинка может проявляться и проявляться в различных состояниях.Дефицит цинка чаще всего возникает из-за недостаточного питания, но также может быть результатом недостаточного всасывания (что наблюдается при заболеваниях тонкого кишечника) и повышенной потери (например, при приеме диуретиков, печеночной недостаточности).

Фактически, к группе риска дефицита цинка могут относиться:

  • Строгие вегетарианцы и веганы
  • Люди с проблемами пищеварения, такими как болезнь Крона
  • Беременные и кормящие женщины
  • Люди с хронической болезнью почек
  • Люди, злоупотребляющие алкоголем

Симптомы легкой недостаточности цинка включают:

  • Пониженный иммунитет
  • Потеря аппетита
  • Похудание
  • Уменьшение вкуса или запаха
  • Кожные проблемы, угри, псориаз, атопический дерматит
  • Плохое зрение, куриная слепота
  • Белые пятна на ногтях
  • Депрессия, апатия

Симптомы серьезной недостаточности цинка включают:

  • Повышенная восприимчивость к инфекциям
  • Выпадение волос
  • Диарея
  • Задержка полового созревания
  • Импотенция
  • Гипогонадизм у мужчин
  • Поражения кожи и глаз
  • Плохое заживление ран
  • Поведенческие изменения

Почему мне следует принимать добавки с цинком?

Как уже говорилось, цинк является важным микронутриентом, который имеет решающее значение практически для каждого аспекта вашего здоровья.Многие продукты животного и растительного происхождения от природы богаты цинком, но в тех случаях, когда вы хотите убедиться, что получаете достаточное количество этого необходимого питательного вещества, чтобы удовлетворить ваши потребности в питании, прием добавок является подходящей альтернативой. Сейчас оценки показывают, что примерно 2 миллиарда человек во всем мире испытывают дефицит цинка из-за недостаточного питания.

Поскольку цинк поддерживает широкий спектр физиологических процессов организма, его адекватное потребление имеет решающее значение.

Одним из таких физиологических процессов является поддержка функции иммунных клеток, помогающая стимулировать определенные иммунные клетки.Одно исследование, посвященное лепешкам с цинком и их влиянию на простуду, показало, что ежедневный прием цинка может сократить продолжительность простуды. Также было показано, что цинк способствует развитию иммунного ответа у пожилых людей, при этом одно исследование, посвященное пожилым людям и цинку, показало, что суточная доза 45 мг может снизить уровень инфицирования у пожилых людей на целых 66%.

Цинк необходим для правильного заживления, и исследования показали, что недостаток цинка может замедлить процесс заживления ран.Согласно этому отчету об инновационных применениях цинка в дерматологии, угри связаны с низким уровнем цинка.

Добавки цинка в различных формах

Есть много форм соединений цинка. Процентное содержание цинка в соединениях, поставляемых Metabolics, приведено ниже:

На этикетке продуктов

Metabolics указано количество элементарного цинка, содержащегося в одной порции.

Metabolics Triple Zinc - это комбинация пиколината цинка, цитрата цинка и сульфата цинка, обеспечивающая дозу элементарного цинка 26.5 мг

Metabolics Zinc Formula - комбинация баланса бисглицината цинка и цитрата меди

Существует не так много существенных доказательств большей эффективности одной формы цинка по сравнению с другой, поскольку абсорбция цинка в организме зависит от многих переменных. Одно исследование показало, что в некоторых случаях пиколинат цинка может лучше усваиваться, но, поскольку это было исследование, в котором рассматривались результаты 15 подопытных, потребовалось бы гораздо больше исследований, чтобы вынести окончательный вердикт.

Следует отметить, что существует множество переменных, которые влияют на биодоступность и абсорбцию цинка, включая предыдущее потребление цинка.Другие переменные, которые необходимо учитывать при разработке стратегии питания, могут включать:

  • Существующий цинковый статус человека. Чем ниже цинковый статус человека, тем больше цинка усваивается.
  • Люди, которые много потеют, теряют больше цинка; например, спортсмены, работающие в жарком климате, женщины в менопаузе, испытывающие ночную потливость.
  • Дозировка цинка, поскольку потребление цинка в дозах увеличивается, процентное поглощение уменьшается, вероятно, из-за насыщения транспортных механизмов.
  • Всасывание цинка снижается у пожилых людей.
  • Всасывание цинка увеличивается при потреблении белков с пищей.
  • Тип белка в пище влияет на биодоступность цинка. Животный белок усиливает всасывание.
  • Фитатов в зерновых и поглощении сои ингибирует цинк (кроме цинка бисглицината найдены в Metabolics цинка формулы, как показаны в исследовании, «Bioavailability_of_zinc_glycinate_in_comparison_with_zinc_sulphate_in_the_presence_of_dietary_phytate_in_an_animal_model_with_Zn-65_labelled_rats»).
  • Цезин в молоке и кальций ингибируют абсорбцию, связываясь с ионами цинка.
  • Железо подавляет всасывание цинка. Токсичные для кадмия уровни кадмия могут ингибировать абсорбцию цинка
  • Хотя медь (в больших количествах) ингибирует абсорбцию цинка, исследования с использованием 15 мг цинка в сочетании с 2 мг меди не показали ингибирования абсорбции цинка. Metabolics Zinc Formula содержит только 2 мг меди.

Дозировка

Различные добавки цинка содержат разное количество элементарного цинка.

Правительственные диетические рекомендации по потреблению цинка на 2016 г. можно найти здесь.

Нормативное значение NRV (рекомендуемое значение питательных веществ) для цинка составляет 10 мг в день, при этом меньше требуется для младенцев, детей и подростков и больше для беременных и кормящих людей.

Ежедневный прием 15–30 мг элементарного цинка может улучшить иммунитет, улучшить состояние глаз, кожи и другие аспекты вашего здоровья, если вы испытываете проблемы со здоровьем в этих областях и у вас дефицит цинка.

Избыточное потребление цинка может вызвать отрицательные побочные эффекты, поэтому лучше не превышать верхний допустимый предел в 40 мг в день, если он не находится под наблюдением врача.

Если вы испытываете какие-либо негативные побочные эффекты после приема добавок цинка, уменьшите дозировку и проконсультируйтесь с врачом, если симптомы не исчезнут.

Цинк также может препятствовать усвоению меди и снижать эффективность некоторых антибиотиков. При необходимости всегда консультируйтесь со своим врачом.

Заключение

Цинк - важный минерал, поддерживающий многие области вашего здоровья. Metabolics предлагает ряд добавок цинка для удовлетворения ваших потребностей в питании.Типы добавок цинка, которые вы принимаете, могут оставаться личными предпочтениями или основываться на некоторой предоставленной информации.

Как правило, цинк не следует принимать натощак (так как это может вызвать тошноту), его следует принимать с пищей из животных белков, отдельно от злаков и принимать в консервативных дозах для увеличения абсорбции.

Поскольку длительное употребление цинка может вызвать дефицит меди, рекомендуется принимать Metabolics Zinc Formula, если у вас низкий уровень меди, поскольку он содержит бисглицинат меди и цинка.Эта форма цинка - единственная форма, абсорбция которой меньше зависит от присутствия фитатов в рационе и уравновешена небольшим количеством меди.

Как цинк убивает смертельные бактерии голодом, чтобы остановить инфекцию - ScienceDaily

Австралийские исследователи обнаружили, что цинк может «уморить» одну из самых смертоносных бактерий в мире, препятствуя поглощению ею необходимого металла.

Открытие, сделанное исследователями инфекционных заболеваний из Университета Аделаиды и Университета Квинсленда, открывает путь для дальнейшей работы по разработке антибактериальных агентов для борьбы со Streptococcus pneumoniae.

Streptococcus pneumoniae является причиной более одного миллиона случаев смерти в год, убивая детей, пожилых людей и других уязвимых людей, вызывая пневмонию, менингит и другие серьезные инфекционные заболевания.

Опубликованный сегодня в журнале Nature Chemical Biology , исследователи описывают, как цинк «закрывает» переносчик белка в бактериях, так что он не может поглощать марганец, важный металл, который Streptococcus pneumoniae должен проникнуть и вызвать болезнь. в людях.

«Давно известно, что цинк играет важную роль в способности организма защищать от бактериальной инфекции, но это первый раз, когда кто-либо смог показать, как цинк на самом деле блокирует важный путь, вызывающий голодание бактерий», - говорится в проекте лидер доктор Кристофер МакДевитт, научный сотрудник Исследовательского центра инфекционных заболеваний Университета Аделаиды.

"Эта работа охватывает области от химии и биохимии до микробиологии и иммунологии, чтобы увидеть на атомарном уровне деталей, как этот транспортный белок отвечает за поддержание жизни бактерий, поглощая один важный металл (марганец), но в то же время также и делает бактерии уязвимыми для уничтожения другим металлом (цинком) », - говорит профессор Бостиан Кобе, профессор структурной биологии Университета Квинсленда.

Исследование показывает, что переносчик бактерий (PsaBCA) использует механизм «пружина-молот» для связывания металлов. Разница в размере между двумя металлами, марганцем и цинком, заставляет транспортер связывать их по-разному. Меньший размер цинка означает, что, когда он связывается с транспортером, механизм слишком плотно закрывается вокруг цинка, в результате чего существенная пружина в белке слишком сильно раскручивается, заклинивая его и не позволяя транспортеру принимать марганец.

«Без марганца иммунная система может легко избавиться от этих бактерий», - говорит доктор МакДевитт. «Впервые мы понимаем, как функционируют эти типы переносчиков. С этой новой информацией мы можем приступить к разработке нового поколения антибактериальных агентов для нацеливания и блокирования этих важных переносчиков».

История Источник:

Материалы предоставлены Университетом Аделаиды . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.