Voorkomen, gebruik en eigenschappen
Zink is iets overvloediger dan koper en maakt gemiddeld 65 gram (2,3 ounce) uit van elke ton aardkorst. Het belangrijkste zinkmineraal is het sulfide sfaleriet (zinkblende), dat samen met zijn oxidatieproducten smithsoniet en hemimorfiet bijna al het zinkerts van de wereld vormt. Inheems zink is gemeld uit Australië, Nieuw-Zeeland en de Verenigde Staten, en de belangrijkste zinkproducenten van het begin van de 21e eeuw zijn China, Australië en Peru. Voor de mineralogische eigenschappen van zink, zie natief element.
Zink is een essentieel sporenelement in het menselijk lichaam, waar het in hoge concentratie wordt aangetroffen in de rode bloedcellen als een essentieel onderdeel van het enzym koolzuuranhydrase, dat vele reacties in verband met het kooldioxidemetabolisme bevordert. Het in de pancreas aanwezige zink kan helpen bij de opslag van insuline. Zink is een bestanddeel van sommige enzymen die eiwitten in het maagdarmkanaal verteren. Een zinktekort bij noten- en fruitbomen veroorzaakt ziekten als pecannootrozet, klein blad en vlekkenblad. Zink heeft een functie in de hemosycotypsine van het bloed van slakken om zuurstof te transporteren op een vergelijkbare manier als ijzer in de hemoglobine van menselijk bloed.
Metallisch zink wordt geproduceerd door de sulfide-ertsen te roosteren en vervolgens het geoxideerde product in zwavelzuur uit te logen of in een hoogoven te smelten. Zink wordt gewonnen uit de loogoplossing door elektrolyse of wordt gecondenseerd uit het hoogovengas en vervolgens gedestilleerd van onzuiverheden. Voor specifieke informatie over de winning, terugwinning en raffinage van zink, zie zinkverwerking.
De belangrijkste toepassingen van zinkmetaal zijn het galvaniseren van ijzer en staal tegen corrosie en het maken van messing en legeringen voor spuitgieten. Zink zelf vormt een ondoordringbare oxidelaag wanneer het aan de atmosfeer wordt blootgesteld, en daardoor is het metaal beter bestand tegen gewone atmosferen dan ijzer en corrodeert het veel minder snel. Omdat zink bovendien de neiging heeft eerder te oxideren dan ijzer, wordt het stalen oppervlak enigszins beschermd, ook al is een deel ervan door scheuren blootgesteld. De zinklaag wordt gevormd door thermisch verzinken of elektrolytisch verzinken.
© PhotoHouse/.com
© Geanina Bechea/.com
Hotdompelverzinken is de meest voorkomende procedure voor het coaten van staal met zink. Dit kan een batchproces zijn dat bekend staat als algemeen verzinken of een continue coating van coils van staalband. Bij het thermisch verzinken wordt staal gebeitst in zuur, behandeld met vloeimiddelen en vervolgens ondergedompeld in een bad van gesmolten zink van ongeveer 450 °C (840 °F). Op het oppervlak worden lagen ijzer-zinklegering gevormd, die worden bedekt met een buitenlaag van zink. De aldus behandelde voorwerpen variëren van kleine moeren en bouten tot stalen raamkozijnen en grote draagbalken die in de bouw worden gebruikt. Voor dit proces wordt gewoonlijk een gewone kwaliteit zink gebruikt die tot 1,5 procent lood bevat.
Bij het elektrolytisch verzinken wordt zink in wel 20 opeenvolgende elektrolytische bekledingscellen op een stalen strop afgezet. Er zijn verschillende succesvolle celontwerpen; de eenvoudige verticale cel wordt hier besproken om het principe uit te leggen. De strook, die met de negatieve kant van een gelijkstroom is verbonden via geleiderollen met een grote diameter die zich boven en tussen twee cellen bevinden, wordt door een ondergedompelde zinkrol in een tank met elektrolyt gedompeld. Gedeeltelijk ondergedompelde anoden, die tegenover de strip liggen, zijn via zware busstangen verbonden met de positieve kant van de elektrische stroom. De in de elektrolyt aanwezige zinkkationen (d.w.z. positief geladen zinkatomen) worden door de stroom omgezet in gewone zinkatomen, die zich op de band afzetten. Het bad wordt van zinkkationen voorzien door zinkanodes, die voortdurend door de gelijkstroom worden opgelost, of door zinkverbindingen die voortdurend aan de elektrolyt worden toegevoegd. In het laatste geval zijn de anoden vervaardigd van onoplosbare materialen, zoals titaan bekleed met iridiumoxide. De elektrolyt is een zure oplossing van zinksulfide of zinkchloride met andere badtoevoegingen om de kwaliteit van de coating en het stroomrendement te verbeteren. De dikte van de deklaag is gemakkelijker te controleren dan bij het thermische dompelprocédé wegens de goede relatie tussen elektrische stroom en afgezet zink.
De negatieve elektrode (buitenkan) in een veel voorkomend type elektrische droge cel is samengesteld uit zink. Een andere belangrijke reeks legeringen zijn die welke worden gevormd door de toevoeging van 4 tot 5 procent aluminium aan zink; deze hebben een betrekkelijk laag smeltpunt maar bezitten goede mechanische eigenschappen en kunnen onder druk in stalen matrijzen worden gegoten. Aanzienlijke hoeveelheden zink in gewalste vorm worden gebruikt voor dakbedekking, vooral in Europa; kleine toevoegingen van koper en titanium verbeteren de kruipweerstand – d.w.z. de weerstand tegen geleidelijke vervorming.
Nieuw gegoten zink heeft een blauwachtig zilveren oppervlak, maar oxideert langzaam in de lucht om een grijsachtige beschermende oxidelaag te vormen. Hoogzuiver zink (99,99%) is buigzaam; de zogenaamde eerste westelijke kwaliteit (99,8% zuiver) is bros wanneer het koud is, maar boven 100 °C (212 °F) kan het tot platen worden gewalst die buigzaam blijven. Zink kristalliseert in de zeshoekige dicht opeen gepakte structuur. Wanneer ijzer en zink samen aan een corrosief medium worden blootgesteld, vormen zij een elektrolytische cel, waarbij het zink bij voorkeur wordt aangevallen (geoxideerd tot het Zn2+-ion) vanwege zijn hogere elektrodepotentiaal. Deze zogenaamde opofferingsbescherming, gekoppeld aan de veel grotere corrosiebestendigheid van zink onder atmosferische omstandigheden, vormt de basis voor het verzinken.
Natuurlijk zink is een mengsel van vijf stabiele isotopen: 64Zn (48,6 procent), 66Zn (27,9 procent), 67Zn (4,1 procent), 68Zn (18,8 procent), en 70Zn (0,6 procent).