Polvo de zinc: Características, aplicaciones y desarrollo industrial de polvos metálicos de alta actividad

El polvo de zinc (Zn) es un polvo metálico elemental de color gris claro a gris oscuro, con fórmula molecular Zn, número CAS 7440-66-6 y masa molar de 65,39 g·mol⁻¹. Como material en polvo altamente reactivo, es insoluble en agua y fácilmente soluble en ácidos inorgánicos y álcalis. Gracias a sus excelentes propiedades de reducción, conductividad y resistencia a la corrosión, desempeña un papel clave en recubrimientos anticorrosivos, síntesis química, fabricación de baterías y otros campos. Es una materia prima metálica importante que conecta la industria básica con la manufactura de alta gama. Desde la protección contra la oxidación en las industrias tradicionales hasta las actualizaciones funcionales en el ámbito de las nuevas energías, el valor industrial del polvo de zinc sigue aumentando con las iteraciones tecnológicas.
1. Propiedades psicológicas centrales: características de desempeño dominadas por la actividad

El rendimiento central del polvo de zinc se debe al efecto sinérgico de sus propiedades metálicas y su forma en polvo. Las propiedades físicas y la actividad química se potencian mutuamente, lo que determina sus límites de aplicación y requisitos de seguridad. En cuanto a las propiedades físicas, la densidad relativa del polvo de zinc es de 7,14, su punto de fusión es de 420°C y su punto de ebullición es de 907°C. El tamaño de partícula puede variar desde el nivel micrométrico hasta el nivel nanométrico. Cuanto más pequeño sea el tamaño de partícula, mayor será la superficie específica y más intensa será la actividad química. Indicadores como la fluidez del polvo y la densidad aparente varían según la forma de las partículas (esféricas, en escamas, en forma de aguja). Entre ellas, el polvo de zinc esférico presenta una excelente fluidez, mientras que el polvo de zinc en escamas es más adecuado para necesidades de enmascaramiento en recubrimientos.

En cuanto a sus propiedades químicas, la característica más destacada del polvo de zinc es su fuerte propiedad reductora, que le permite reaccionar con ácidos y bases liberando hidrógeno. A menudo se utiliza como agente reductor en síntesis orgánicas, por ejemplo, para reducir el tinte índigo en la industria de la impresión y el teñido, y para lograr el blanqueo y la decoloración en la industria petrolera. A temperatura ambiente, el polvo de zinc se oxida fácilmente por el oxígeno del aire, formando una película de óxido. Cuando se humedece, reacciona lentamente con el agua generando altas temperaturas, lo que acelera la disminución de su actividad. Es importante prestar especial atención al hecho de que, cuando el polvo de zinc alcanza una cierta concentración en el aire, puede provocar combustión o explosión de polvo al entrar en contacto con llamas abiertas, emitiendo llamas azules al quemarse. Esta característica impone estrictas exigencias de seguridad en su almacenamiento y transporte.

2. Proceso de preparación: actualización tecnológica de gran escala a precisa

El proceso de preparación del polvo de zinc se desarrolla en torno a tres objetivos principales: «controlar el tamaño de las partículas, optimizar la morfología y mejorar la pureza», dando lugar a dos grandes sistemas técnicos: la producción industrial en masa y la personalización de alta gama. Los diferentes productos obtenidos mediante este proceso se adaptan a escenarios de aplicación diferenciados, y las empresas líderes en el sector han logrado sustituir importaciones con productos de alta gama.

(1) Procesos de preparación industrial convencionales

1. Método de atomización: Utilizando lingotes de zinc de alta pureza como materia prima, el zinc se funde y luego se atomiza y fragmenta mediante gas a alta presión (aire, nitrógeno) o flujo de agua. Tras enfriamiento, clasificación y secado, se obtiene polvo de zinc. Este proceso permite controlar con precisión la morfología de las partículas, logrando un alto rendimiento de polvo de zinc esférico con una pureza superior al 99,5%. Actualmente, este es el método de preparación predominante para el polvo de zinc esférico. Gracias a la optimización tecnológica, empresas líderes en China han alcanzado una capacidad de producción a gran escala de 30.000 toneladas anuales de polvo de zinc esférico, satisfaciendo así las necesidades de recubrimientos anticorrosivos, metalurgia en polvo y otros sectores.

2. Método de reducción: Se utiliza óxido de zinc o escoria de zinc como materia prima, que se mezcla y calienta con agentes reductores tales como coque y antracita. A altas temperaturas, se reduce para generar vapor de zinc metálico, el cual se enfría rápidamente y se sublima para formar polvo de zinc. Empresas en Gansu y otras localidades aprovechan los residuos de zinc y adoptan una tecnología de reacción interfacial multifásica continua para lograr una extracción eficiente de recursos de zinc a temperaturas y presiones normales, promoviendo así la utilización de alto valor de los residuos. La pureza del producto puede alcanzar del 98% al 99%, siendo adecuado para síntesis química, aditivos para piensos y otros usos.

3. Método de electrólisis: El zinc esponjoso se obtiene mediante la electrólisis de una solución de sal de zinc, y luego se obtiene polvo de zinc mediante trituración, molienda y clasificación. Los productos de este proceso tienen alta pureza (hasta el 99,9%) y gran actividad, pero su costo de producción es elevado. Se utiliza principalmente en campos con exigencias estrictas de pureza, como baterías de alta gama y materiales electrónicos.

(2) Tecnología de preparación de alta gama y refinada

En el ámbito de los laboratorios y la capacidad de producción de alta gama, los nuevos procesos se centran en la preparación de polvo de zinc con morfología especial y tamaño de partícula ultrafino. El método de deposición por vapor permite obtener polvo de zinc a escala nanométrica, lo que aumenta significativamente el área superficial específica y mejora considerablemente la actividad catalítica y la conductividad. Por su parte, el método de molienda mecánica por bolas logra la refinación de las partículas y el control de su morfología mediante una molienda de alta energía, y puede producir polvo de zinc en forma de hojuelas para satisfacer las necesidades del recubrimiento Dacromet libre de cromo. Empresas nacionales han superado las barreras tecnológicas clave relacionadas con el polvo de zinc en hojuelas, y algunos nuevos productos han logrado sustituir importaciones y se utilizan en sectores de alta gama como componentes automotrices y la industria militar.

3. Diversas áreas de aplicación: empoderamiento activo de toda la cadena industrial

La demanda mundial del mercado de polvo de zinc sigue en aumento, siendo mi país el principal productor y consumidor. Los productos abarcan numerosos sectores de alto crecimiento, como la protección contra la corrosión, las baterías y los productos químicos. El polvo de zinc esférico y en escamas ha desarrollado un patrón de aplicaciones diferenciado, y la escala industrial se ha expandido de manera constante gracias a la demanda en los eslabones posteriores de la cadena.

(1) Campo de recubrimientos anticorrosivos: materias primas protectoras principales

Alrededor del 40% del polvo de zinc se utiliza en la producción de recubrimientos anticorrosivos, especialmente en recubrimientos ricos en zinc. El polvo de zinc forma una protección por ánodo de sacrificio en el recubrimiento, que prevalece sobre la reacción de oxidación del sustrato de acero. Al mismo tiempo, los productos de oxidación llenan los poros del recubrimiento y mejoran su capacidad de protección. Se utiliza ampliamente en instalaciones al aire libre, como puentes, barcos y estructuras de acero. El polvo de zinc en escamas funciona muy bien en recubrimientos Dacromet libres de cromo y forma una película protectora densa mediante una acumulación en capas. Es adecuado para aplicaciones como piezas automotrices y equipos militares que tienen exigencias elevadas en cuanto a protección ambiental y niveles de protección.

(2) Campos de baterías y almacenamiento de energía: materiales clave para electrodos

El polvo de zinc es el material anódico central de las baterías de zinc-manganeso y las baterías de zinc-aire. Su pureza y tamaño de partícula afectan directamente la capacidad y la vida útil del ciclo de la batería. Con el desarrollo de la industria del almacenamiento de energía, la aplicación del polvo de zinc en baterías de almacenamiento de energía a base de zinc se ha ido ampliando gradualmente. El polvo de zinc ultrafino altamente activo puede mejorar la eficiencia y la estabilidad de carga y descarga de las baterías. En 2024, el mercado de polvo de zinc para baterías de zinc-manganeso de mi país seguirá creciendo; la oferta industrial aumentará significativamente en comparación con el año anterior, y la región este de China se convertirá en la principal zona consumidora.

(3) Campos químicos y metalúrgicos: agentes reductores eficientes

En la síntesis química, el polvo de zinc se utiliza como un excelente agente reductor para preparar polvo de seguro, intermediarios orgánicos y otros productos. En la industria de la impresión y el teñido, puede emplearse como agente reductor para tintes de índigo y como agente bloqueador de color en la impresión sobre seda; en la industria de aceites y grasas, se utiliza como agente blanqueador y como agente de purificación y decoloración. En el campo de la metalurgia, el polvo de zinc puede utilizarse para la extracción de metales preciosos y la preparación de aleaciones. Puede recuperar oro, plata y otros elementos presentes en el mineral mediante reacciones de sustitución. Asimismo, puede emplearse como aditivo en la metalurgia de polvos para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste de los materiales aleados.

(4) Otras aplicaciones destacadas

En el campo de la medicina, el polvo de zinc puede utilizarse para preparar pasta de zinc, apósitos adhesivos y otros preparados externos; gracias a sus efectos astringentes y protectores, ayuda en el tratamiento de la inflamación cutánea. En la industria de los piensos, se emplea como aditivo fuente de zinc en la cría de ganado y aves de corral para suplementar los oligoelementos necesarios para el crecimiento animal. Además, el polvo de zinc también se utiliza ampliamente en materiales de fricción, tratamientos de fosfatado y otros campos. Gracias a la tecnología de modificación de superficie, sus escenarios de aplicación siguen expandiéndose.

4. Tendencias en seguridad, protección ambiental y desarrollo industrial

(1) Almacenamiento seguro y control de protección ambiental

Como sustancia química inflamable, explosiva y peligrosa, el polvo de zinc requiere gestión y control de seguridad durante todo el proceso de producción, almacenamiento y transporte. Los sitios de almacenamiento deben estar equipados con dispositivos eléctricos a prueba de explosiones, sistemas de protección contra rayos y dispositivos antiestáticos, sistemas de alarma para gases inflamables e instalaciones de extracción forzada de emergencia. En la entrada se instalan dispositivos para la descarga electrostática del cuerpo humano. Los estantes y equipos metálicos deben estar conectados de manera confiable a tierra y mantenerse alejados de oxidantes y ácidos para evitar reacciones causadas por la humedad. Las operaciones deben ser realizadas por personal certificado especializado en trabajos especiales, que utilice ropa protectora, máscaras y guantes protectores, y asegure una buena ventilación.

En cuanto a la protección ambiental, la producción de polvo de zinc debe reforzar el tratamiento de aguas residuales y residuos sólidos; en el proceso de reducción, es necesario controlar las emisiones de gases residuales; además, se fomenta el uso de materias primas renovables, como los residuos de zinc, para lograr el reciclaje de recursos. Los productos desechados a base de zinc pueden recuperar recursos de zinc mediante procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos, lo que promueve la transformación verde de la industria y reduce el riesgo de contaminación por metales pesados.

(2) Tendencias de desarrollo de la industria

La industria del polvo de zinc está evolucionando hacia una coordinación de alto nivel, ecológica y regional. A nivel técnico, la investigación y el desarrollo del polvo de zinc en escamas de alto nivel han superado las barreras extranjeras, y la tasa de sustitución nacional sigue aumentando. La demanda de polvo de zinc ultrafino y de alta pureza en los sectores de nuevas energías y militar ha crecido significativamente. Las inversiones en I+D de las empresas se centran en el control de la morfología y la optimización del rendimiento, y múltiples proyectos de polvo de zinc en escamas y polvos de aleaciones avanzan de manera estable. En cuanto al diseño de la capacidad productiva, las empresas nacionales están optimizando sus capacidades de despliegue regional, reduciendo los costos logísticos y mejorando la competitividad de sus productos mediante la sinergia de capacidad entre las regiones este, centro y oeste.

A nivel de mercado, existe una diferencia significativa de precios entre el polvo de zinc común y el polvo de zinc de alta gama, y los productos de alto valor agregado se han convertido en el núcleo de las ganancias corporativas. En el futuro, con el desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento de energía y de industrias manufactureras de alta gama, la demanda de polvo de zinc seguirá creciendo. Al mismo tiempo, impulsados por políticas de protección ambiental, los procesos de bajo consumo energético y los sistemas de reciclaje en circuito cerrado se irán mejorando gradualmente para promover un desarrollo de alta calidad en la industria.

Desde materiales anticorrosivos tradicionales hasta materias primas básicas de alta tecnología para la fabricación, el polvo de zinc sigue impulsando la modernización de diversas cadenas industriales gracias a su actividad controlable y sus propiedades morfológicas. Impulsado por el doble motor de la innovación tecnológica y el desarrollo verde, este polvo metálico altamente activo mostrará perspectivas de aplicación más amplias en nuevas energías, equipos de alta gama y otros campos, contribuyendo a la renovación industrial y al uso eficiente de los recursos.