Mittwoch, 18. Oktober 2017
NE-METALLE:
08. Juni 2017
Zink
Metallisches Multitalent

Jüdisches Museum Berlin (Quelle: Rheinzink GmbH)
Titanzink-Fassade Jüdisches Museum Berlin
Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung
Der Name Zink leitet sich von dem lateinischen „zincum“ ab. Die Etymologie geht auf das Wort "Zinke" zurück, da manche Zinkerze eine stachelige Form haben. Im Altertum wurde Zink vor allem in Form von Zinkspat als Legierungsbestandteil für die Herstellung von Messing genutzt. Die Messing-Formel, zwei Drittel Kupfer und ein Drittel Zink, war schon im 3. Jahrtausend v. Chr. Babyloniern und Assyrern bekannt. Erste schriftliche Hinweise auf zinkhaltige Kupferlegierungen finden sich bei Homer (8. Jh. v. Chr.) und dem griechischen Gelehrten Aristoteles um 330 v. Chr. In Indien und China kannte man Zink spätestens seit dem 12. Jahrhundert v. Chr. Eine gezielte Gewinnung und Verarbeitung des Metalls lässt sich für diese Regionen um 600 n. Chr. nachweisen. Über die Handelswege gelangte die Kenntnis des Metalls im Mittelalter nach Europa. Frühe schriftliche Zeugnisse aus dem 16. Jahrhundert stammen von Paracelsus und Agricola. Industriell genutzt wird Zink erst seit rund 200 Jahren. Die ersten Anwendungen erfolgten nach der Entwicklung geeigneter Walztechniken im Bauwesen.

Vorkommen
In der Natur kommt Zink niemals als elementare metallische Form vor. Vorkommen werden stets von anderen Metallen wie Kupfer, Blei und Silber begleitet. Zink-Mineralien sind weltweit verbreitet. Die bekanntesten sind: Kieselzinkerz, Rotzinkerz, Zinkblende und Zinkspat. Die wichtigsten europäischen Zink-Vorkommen findet man in Frankreich, Belgien und Polen, Irland und Schweden. Hauptförderländer sind die Vereinigten Staaten, Australien, Kanada, China und Südamerika. Im Augenblick wird in Deutschland im Harz un in der Oberlausitz nach Erzvorkommen exploriert.

Physikalisch-Chemische Eigenschaften
Zink ist ein weiches, silbrig-weißes Metall, das eine hexagonales Metallgitterstruktur aufweist. Das Metall hat mit ca. 419°C einen geringen Schmelzpunkt. An der Luft überzieht es sich schnell mit einer dünnen, schützenden Oxidschicht, die bläulich schimmert. Durch diese Oxidschicht ist es auch in Wasser sehr beständig.
Von Säuren und Laugen wird es unter Freisetzung von Wasserstoffgas leicht angegriffen und oxidiert. Zink hat in seinen Verbindungen stets die Oxidationsstufe +2. Die wichtigsten Zink-Verbindungen sind Zinkoxid, Zinkchlorid, Zinkhydroxid, Zinksulfat und Zinksulfid.

  • Relative Atommasse: 65,39
  • Schmelzpunkt: 419,4 °C
  • Siedepunkt: 906 °C
  • Dichte: 7,14 g/cm³
  • Oxidationszahlen: 2
  • Atomradius: 133,2 pm
  • Ionenradius: 83 pm (+2)
  • Elektrische Leitfähigkeit: 0,1724 µW-1cm-1

    Industrielle Gewinnung
    Das Zinkerz wird zunächst fein gemahlen und dann durch Flotation angereichert. Die Zinksulfide werden geröstet, die Zinkcarbonate durch Brennen in Zinkoxid verwandelt. Das als Nebenprodukt anfallende Schwefeldioxid dient zur Herstellung von Schwefelsäure. Heute existieren verschiedene Verfahren zur Herstellung von Zink aus Zinkoxid. Das "trockene Verfahren" ist die älteste Methode und geht auf die Reduktion des Oxids mit Kohlenstoff, bzw. mit Kohlenstoffmonoxid bei Temperaturen um 1100-1300°C zurück. Dabei entsteht gasförmiges Zink, das mit den Röstgasen mitgeführt und außerhalb des Reaktionsofens in luftgekühlten Vorlagen abgekühlt wird. Der Hauptanteil wird heute jedoch nach dem "nassen Verfahren" gewonnen. Hierbei werden die Röstprodukte zunächst mit Schwefelsäure zu Zinksulfat umgewandelt und störende Bestandteile, z.T. als wertvolle Nebenprodukte, abgetrennt. Eine wässrige Lösung dieses Zinksalzes wird bei ca. 3,5 Volt elektrolysiert, wobei sich sehr reines Zink an der Aluminiumkathode abscheidet und Sauerstoff an der Anode entweicht. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt u.a. in der hohen Reinheit des Endprodukts (ca. 99,99%).

    Anwendungen / Produkte
    Hauptverwendungsgebiet von Zink ist mit 34% die Verzinkung von Stahl zum Korrosionsschutz. 24% gehen in den Markt der Messingfabrikate. 25% Zink werden als Halbzeug in Form von Blechen (Titanzink für die Bereiche Dachdeckung, Fassade und Dachentwässerung), Drähten (thermische Spritzdrähte), Bändern (Schmelzsicherungen) und Anoden eingesetzt. 9% des Zinkeinsatzes werden in Form von Legierungen im Zinkguss weiterverarbeitet. 7% finden als Zinkoxid, Zinkpulver und Zinkstaub in unterschiedlichsten industriellen Bereichen als Zusatzstoffe vielfältigste Verwendung. Beispielsweise kommen Zinkverbindungen als Stabilisatoren für Kunststoffe zum Einsatz. Zink-Sulfate verbessern Eigenschaften in der Textil- und Kunstfaserindustrie. Bei Farben und Lacken dient Zink als Aktivpigment zur Steuerung bestimmter Lackeigenschaften wie Durchtrocknung, Pilzfestigkeit und Wetterbeständigkeit. Zinkoxide sind bei der Herstellung von Klebemitteln auf Natur- und Synthesekautschukbasis von großem Nutzen.
    Profile, Rohre und Stangen haben eine untergeordnete Bedeutung. International wird Zink auch als Münzmetall eingesetzt.

    Die wichtigsten Anwendungsgebiete von Zink finden Sie am Ende dieser Seite.

    Wirtschaftliche Bedeutung
    Weltweit werden jährlich mehr als 10 Mio. t Zink produziert und verwendet. In Deutschland werden rund 623.000 t Zink verarbeitet, 339.000 t hiervon werden direkt in Deutschland erzeugt. Der deutschen zinkerzeugenden und -verarbeitenden Industrie gehören rund 320 Betriebe an. In ihrem direkten und indirekten Umfeld sind heute ca. 30.000 Mitarbeiter beschäftigt.
    Der mit 1,5 Mrd. Euro Jahresumsatz bedeutende Wirtschaftszweig gliedert sich in Metallerzeugung, Verzinkereien, Halbzeughersteller und Gießereien. Dort werden Mitarbeiter in vielfältigen Berufsfeldern aus- und fortgebildet: Chemiefacharbeiter, Dachdecker, Energieelektroniker, Oberflächenbeschichter, Gießereimechaniker, Hüttentechniker, Industriemechaniker, Kaufleute, Klempner, Laboranten und Verfahrensmechaniker.
    Die Zinkindustrie ist geprägt durch Vielseitigkeit: Betriebe jeder Größe arbeiten mit dem hochdifferenziert einsetzbaren Werkstoff Zink für Bauwesen, Verkehrswesen, Maschinen- und Apparatebau, elektrotechnische Industrie, Chemie-, Glas-, Emaille- und Keramikindustrie sowie Lebensmittelindustrie.

    Gesundheit
    Zink spielt im menschlichen Stoffwechsel eine essenzielle Rolle. Zink ist z.B. für das Funktionieren von mehr als 200 Enzymen lebenswichtig, zur Stabilisierung der DNA, den Aufbau der Gene und für den Transfer von Reizsignalen.
    Der menschliche Körper enthält 2-3 Gramm Zink (im Vergleich zu 7 Gramm Eisen), das überall im Körper anzutreffen ist, mit den höchsten Werten in Muskeln, Leber, Nieren, Knochen und Prostata. Die empfohlene tägliche Zinkaufnahme beträgt 12 mg/Tag für Frauen und 15 mg/Tag für Männer. Die tägliche Aufnahme hängt nicht nur von der Nahrung ab, sondern auch vom Geschlecht, dem Alter und dem allgemeinen Gesundheitszustand. Kleinkinder, Kinder, Jugendliche, schwangere Frauen und alte Menschen brauchen mehr Zink. Von bestimmten Gruppen ist bekannt, dass sie einen erhöhten Bedarf an Zink haben und ein größeres Risiko tragen, nicht ausreichend mit Zink versorgt zu werden. Die Nahrung ist für den Menschen die hauptsächliche Quelle von Zink, wobei nur ein kleiner Teil aus dem Trinkwasser stammt. Nahrungsmittel differieren in ihrem Gehalt an Zink. Die hauptsächlichen Quellen für Zink in der Nahrung sind Rind- und Lammfleisch, Geflügel, Fisch, Meeresfrüchte, ungemahlenes Getreide und Milchprodukte.


    Recycling
    Die produktbezogene Recyclingrate liegt zwischen 80 und 90 Prozent und zum Teil auch noch darüber. Der überwiegende Anteil von Zinkerzeugnissen geht in längerlebige Produkte mit einer Nutzungsdauer von einigen Dutzend bis zu 100 und mehr Jahren. Messingschrott ist eine der größten Recyclingquellen für Zink. Jährlich werden weltweit ca. 600.000 Tonnen Zink zurückgewonnen und dem Messing-Kupferkreislauf wieder zugeführt. Zinküberzüge auf Stahlschrott können nach der Trennung von Stahl und Zink erneut zur Verzinkung verwendet werden. Auch Verzinkungsrückstände, die alle einen hohen Zinkgehalt aufweisen, werden physikalisch getrennt und dienen der Primär- und Sekundärzinkproduktion als Rohstoff. Ein hoher Anteil dient der direkten Herstellung von Zinkoxid, Zinkstaub und Zinkchemikalien. Zinkdruckgussteile als Altmaterial, im besonderen aus der Verschrottung von Autos und Haushaltsgeräten, sind wertvolle Vorstoffe zur Zinkerzeugung. Zinkbleche von Dächern, Fassaden, Dachrinnen sind das ideale Ausgangsmaterial zur Erzeugung von Sekundär- und Umschmelzzink. Zinkhaltige Stäube, die bei der Abgasreinigung der Elektrostahlwerke in Filtern abgeschieden werden, stellen ebenfalls wertvolle Ressourcen dar. Allein in Deutschland kommen aus diesem Bereich rund 30.000 Tonnen Zink pro Jahr in den Kreislauf zurück. Zinkhaltige Produktionsrückstände, die u.a. bei der Erzeugung von Zinkoxid bzw. Zinkstaub anfallen, werden zum überwiegenden Teil innerhalb der Industrie direkt recycelt.




    Dokumente:
    Verwendung von Zink


  • MELDUNG:
    27. Mai 2017
    Zink-Links

    Links zum Thema Zink



    Links:
    Initiative Zink

    Initiative "Pro Metalldach"

    IZA - International Zinc Association

    ILZSG - International Lead Zinc Study Group

    Zeitschrift "Metall"

    GDMB Gesellschaft der Metallurgen und Bergleute e.V.


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