|  | ||||||
0,0070 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit zink; het is het 24e element in rangorde van voorkomen.
De belangrijkste mineralen zijn:
| ZnCO3 |
| (Zn,Mn+2,Fe+2)(Fe+3,Mn+3)2O4 |
| ZnAl2O4 |
| ZnSO4.7H2O |
| Zn4Si2O7(OH)2.H2O |
| Zn3(PO4)2.4H2O |
| (Zn,Fe)S |
| Zn2SiO4 |
| (Zn,Mn)O |
Het menselijk lichaam bevat 2 à 4 g zink; er zijn meer dan 200 enzymen die zink bevatten.
De belangrijkste wingebieden liggen in Canada, Australië, Rusland, China, Peru, de Verenigde Staten van Amerika, Mexico, Japan, Zuid-Afrika, Namibië, Bolivia, Algerije en Tunesië.
Kleine vindplaatsen zijn er nog in Duitsland, Frankrijk, Italië, Spanje, Engeland, Ierland, Griekenland, Oostenrijk, Polen, Zweden en Finland. Er wordt echter nog nauwelijks erts gewonnen op deze plaatsen.
Vroeger werd ook in België zinkerts gewonnen in het Maasbekken en in de streek van Tubize. De naam van het belangrijkste zinkerts komt terug in die van de gemeente La Calamine.
De naam is afgeleid van het Oudduitse woord Zinke, wat scherpe punt of tand betekent. De naam is gegeven naar de vorm van de afgezette metaaldeeltjes bij de bereiding van zink in de smeltoven.
Zink werd reeds in de 13e eeuw in India geproduceerd uit zinkoxide en houtskool. Een zeer moeilijk proces, omdat zink bij de temperatuur waarbij de reactie plaatsvindt (ongeveer 1.000 °C), verdampt. De zinkdamp wordt opgevangen en afgekoeld, maar mag daarbij, vanwege de grote reactiviteit, niet in aanraking komen met zuurstof (lucht) of koolstofdioxide.
In China werd zink tijdens de Ming-dynastie (vanaf 1368) gebruikt als muntmateriaal.
Het bereiden van zinklegeringen uit ertsmengsels vereiste een minder geavanceerde techniek. De bereiding van koper-zinklegeringen (messing) vond reeds rond 1400 v. Chr. in Palestina plaats. Ook op Cyprus werd deze techniek toegepast.
Tot in de 17e eeuw werd zink in Europa nauwelijks geproduceerd. Het meeste zink werd geïmporteerd uit China (onder meer door de Verenigde Oostindische Compagnie).
In de 18e eeuw werd zink op industriële schaal geproduceerd in Engeland, Duitsland (Silezië) en België. Jean-Jacques Daniel Dony startte de productie van zink in België en wordt als de pionier van de zinkmetallurgie beschouwd. Zijn procédé, met meerdere retorten op één oven, werd door Napoleon gepatenteerd in 1810. Hij bedacht het gebruik van zink als dakbedekking.
Zink werd bereid door reductie van zinkoxide, dat door roosten verkregen werd uit zinkblende of calamien. Vervolgens werd het zinkoxide gereduceerd met koolstof. Deze methode vereiste een werktemperatuur boven het kookpunt van zink, terwijl er tevens voor moest worden gezorgd dat het zink niet met lucht in aanraking kon komen. Om dit zo goed mogelijk te realiseren werd de brandstof verbrand in de ruimte waarin de reductie plaatsvond. Door de verbranding zelf en door de aanwezigheid van de verbrandingsgassen was er nauwelijks zuurstof aanwezig. Een deel van het gevormde zink werd echter geoxideerd door de aanwezige koolstofdioxide:
Zn + CO2 → ZnO + CO
Daardoor was het onmogelijk zeer zuiver zink te verkrijgen.
Zink wordt bereid uit zinkblende of calamien. Na een aantal fysische bewerkingen, waarbij het zinkgehalte toeneemt, wordt verhit of geroost. Hierbij ontstaat ruw zinkoxide. De bij het roosten ontstane zwaveldioxide wordt gebruikt voor de productie van zwavelzuur. Voor het concentreren van de zinkverbindingen uit het erts worden tegenwoordig ook bacteriën gebruikt.
Het verkregen zinkoxide wordt in een elektrische oven (bij ca. 1.400 °C) gereduceerd met cokes. Om oxidatie te voorkomen wordt het ontstane zink (in dampvorm) besproeid met lood, waarbij het snel oplost in het lood. Vervolgens vindt scheiding van de beide metalen plaats, waarbij redelijk zuiver zink ontstaat (ca. 99 %). Door vacuümdestillatie wordt zeer zuiver zink verkregen.
Vanaf het begin van het proces wordt gewerkt met lood- en zinkerts, waarbij een mengsel van lood en zink wordt gevormd, dat vervolgens wordt gescheiden. Op deze manier wordt het probleem van oxidatie van zink voorkomen.
Het merendeel van het geproduceerde zink wordt via elektrolytische weg verkregen. Het zinkoxide wordt opgelost in verdund zwavelzuur, waarbij een oplossing met 60 – 70 g Zn/l ontstaat. Vervolgens wordt zinkpoeder toegevoegd om eventueel aanwezig cadmium – en andere metalen - neer te slaan. Daarna volgt elektrolyse met een aluminiumkathode. De grootste fabrieken voor de winning van zink via elektrolyse bevinden zich in België. Het verkregen zink is zeer zuiver: 99,99%.
De wereldproductie bedraagt ongeveer 8 miljoen ton per jaar.
Beschermlaag metalen
Zink vormt - in tegenstelling tot ijzer - bij oxidatie een (oxide)laagje, dat ondoordringbaar is voor lucht. Hierdoor wordt het oxidatieproces gestopt. Door op ijzer (staal) een laagje zink op aan te brengen, kan men het metaal beschermen tegen oxidatie. Het opbrengen van een beschermende zinklaag kan op verschillende manieren gebeuren, bijvoorbeeld door bespuiten, dompelen, opdampen of door elektrolyse.
Bij corrosie van het te beschermen metaal (bijvoorbeeld t.g.v. een kleine beschadiging in de beschermlaag), werkt zink tevens als reductor:
Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Ook in dit geval wordt een laagje zinkoxide gevormd, dat geen lucht doorlaat en verdere oxidatie van het onderliggend metaal tegengaat. Het aanbrengen van zo’n beschermlaag noemt men verzinken. Verzinkt staal wordt veel toegepast, onder andere in gebruiksvoorwerpen als emmers en gieters - tegenwoordig vooral voor decoratieve doeleinden -, (onderdelen voor) de carrosserie van auto’s, buizen, hekwerken en de vangrails langs wegen. Ook bij de bouw van de Kanaaltunnel is - vanwege de voor staal slechte combinatie van vocht, warmte en zoute lucht - op grote schaal gebruik gemaakt van verzinkt staal.
Het is ook mogelijk stalen constructies - bijvoorbeeld schepen, boorplatforms of pijpleidingen - te beschermen door zink als opofferingsmetaal te gebruiken. Hiertoe wordt het geleidend verbonden met de staalconstructie. Bij oxidatie zal zink, het meest onedele metaal (met de laagste redoxpotentiaal), als eerste worden aangetast. Als het beschermingsmetaal te ver is aangetast kan het gemakkelijk worden vervangen. Naast zink kunnen ook andere (onedele) metalen zoals aluminium of magnesium of een legering van zink met deze metalen worden gebruikt.
Batterij
a. cel van Leclanché
Zink wordt toegepast in de cel van Leclanché (de klassieke batterij). Deze cel bestaat uit een zinken omhulsel (zinkbeker) gevuld met bruinsteen (MnO2), een koolstaafje of koolpoeder en ammoniumchloride dat voor een goede geleiding van de stroom zorgt.
Aan de polen van de batterij treden de volgende reacties op:
+ pool: 2 MnO2 + 2 H2O + 2 e- → 2 MnO(OH) + 2 OH-
- pool: Zn → Zn2+ + 2 e-
met als volgreactie:
Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2
Het gevormde zinkhydroxide kan bruinsteen "vergiftigen". Dit wordt voorkomen doordat de in overmaat aanwezige ammoniumchloride het gevormde hydroxide wegneemt onder vorming van zinkdiammine-complex:
Zn(OH)2 + 2 NH4+ → Zn(NH3)22+ + 2 H2O
De cel is niet oplaadbaar, heeft een spanning van 1,5 V en kent een breed scala aan toepassingen. Deze batterijsoort wordt meer en meer vervangen door de alkalinebatterij.
b. alkalinebatterij
Alkalinebatterijen werken op dezelfde wijze als de cel van Leclanché. In plaats van de zinkbeker is zink echter in poedervorm aanwezig en wordt kaliloog als elektrolyt gebruikt. Hierdoor wordt een batterij met een groter vermogen verkregen, die zeer geschikt is voor het aandrijven van motoren e.d.. Er zijn ook zeer kleine alkalinebatterijen voor kleine apparatuur zoals horloges, hoorapparaten en camera's.
c. kwikbatterij
In een kwikbatterij wordt eveneens zink gebruikt. In plaats van een zinken omhulsel wordt met geamalgameerd zinkpoeder als kathode gewerkt. Als anode wordt grafiet in kwik(II)oxide gebruikt, terwijl een geconcentreerde kaliumhydroxideoplossing dient als elektrolyt.
Bij stroomlevering treden de volgende reacties op:
+ pool: HgO + H2O + 2e- → Hg + 2 OH-
- pool: Zn + 2 OH- → ZnO + H2O + 2e-
totaal: Zn + HgO → ZnO + Hg
d. zink-luchtbatterij
In kleine apparatuur, bijvoorbeeld in hoorapparaten wordt ook wel gebruik gemaakt van zink-lucht-batterijen. Hierbij is de cel vrijwel geheel gevuld met zinkpoeder en dient de luchtzuurstof als oxidator. Als de cel eenmaal geopend is, blijft deze geactiveerd en is daardoor alleen geschikt voor toepassingen waarbij continu - een kleine -stroom moet worden geleverd.
Dakgoot
Dakgoten worden gemaakt van vrij zuiver zink. Bij oxidatie ontstaat een dun huidje van zinkoxide en basisch zinkcarbonaat, dat bescherming biedt tegen verder oxideren. Door zure regen worden zinken goten wel meer aangetast dan vroeger; de levensduur bedraagt circa 20 - 30 jaar.
Auto-onderdelen
Sommige auto-onderdelen op moeilijk bereikbare en corrosiegevoelige plaatsen worden van zink gemaakt. Dit metaal vormt bij oxidatie een zeer goede beschermingslaag van zinkoxide en basisch zinkcarbonaat. Het plaatstaal voor auto's wordt vrijwel altijd voorzien van een laagje zink om corrosie tegen te gaan (zie boven).
Cosmetica
Aan deodorants wordt zinksulfaat (ZnSO4) toegevoegd; aan zalven en strooipoeders zinkoxide (ZnO). Zinkoxide in medicinale zalven heeft een adstringerende en verkoelende werking bij (brand)wonden, zweren, eczeem en aambeien.
Zinkstearaat verhoogt het hechtend vermogen van poeders, is jeukstillend en waterafstotend.
Wit pigment
Zinkoxide of zinkwit wordt gebruikt als witte pigmentstof in olieverf. Het is minder dekkend dan het vroeger veel gebruikte loodwit, maar ook veel minder giftig. Bovendien heeft het als voordeel dat de verf bij inwerken door zwavelverbindingen niet zwart kleurt (zinksulfide is wit). Een mengsel van zinksulfide en bariumsulfaat als pigment wordt lithopon genoemd. In de gewone verfsoorten is zinkwit vrijwel geheel verdrongen door titaanwit.
Zinkoxide dient tevens als pigment (en vulstof) voor gummi, rubber, plastic en voor aardewerk, email en porselein. Het bekende Chinees wit bevat zinkoxide als pigment.
Rubberbereiding
Het vulkanisatieproces bij de bereiding van rubbers kan worden versneld door het toevoegen van zinkverbindingen. Afhankelijk van het soort rubber dat gemaakt wordt en van de mate van vernetting, wordt gebruik gemaakt van zinkoxide (ZnO), bis(dimethyldithiocarbamato)zink {Zn((CH3)2NCS2)2} of zinkmercaptobenzothiazol <formule>.
Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering:
veel toegepaste legeringen zijn:
Prestal® (78 % Zn, 22 % Al), even sterk als staal, maar veel gemakkelijker te verwerken.
Zamak® (Zn met ca. 3,9 - 4,3 % Al, 0 - 3 % Cu en 0,03 - 0,06 % Mg), vooral voor gietwerk
blik(strippen) om in de bouw o.a. afvoerpijpen te binden (met ca. 0,2 % Ti, 0,2 % Cu en zeer weinig Ni)
carters (Zamak)
fotoapparatuur
kantoormachines
lagers (met 22 % Al)
lettermetaal
messing (koper met max 45 % Zn)
muntmateriaal (Zn met 0,8 % Cu; bijv. voor de dollarcent)
soldeer
spuitgietwerk voor o.m. carburator, benzinepomp, deurknop, lamphuis, diverse huishoudelijke apparatuur en speelgoed (Zamak)
textielkleuring (Zn-stof)
verf (anticorrosie)
vliegtuigbouw (met Al en Cu)
vuurwerk
waterstofbereiding op kleine schaal
winning van metalen (o.a. goud, zilver, cadmium)
zandgietwerk voor persmatrijzen, clichés en letters voor drukwerk (Zamak)
Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):
| bereiding polyacrylvezels | ZnCl2 | ||
| boormodder (binden van H2S) | ZnCO3 | ||
| conserveren van hout | Zn(CH3COO)2 | ||
| ZnSO4 | |||
| zinknaftenaat | |||
| conserveren van papier | Zn(C2H5)2 | ||
| cosmetica | zinkstearaat | ||
| elektrokeramiek | ZnO | ||
| faxpapier | ZnCl2 | ||
| fosforescerende stof voor beeldbuizen | ZnS | ||
| ZnCdS2 | |||
| ZnCdSe2 | |||
| ZnSe | |||
| (AlO4)2 | |||
| geneesmiddel | adstringens, bij ontsteking van het oogbindvlies en bij aambeien | ZnSO4 | |
| behandeling van suikerziekte | zinkinsuline | ||
| desinfectiemiddel, bij vuile wonden en zweren | ZnCl2 | ||
| desinfectiemiddel voor huid en ogen | Zn(CH3COO)2 | ||
| gorgeldrank bij keelaandoeningen | ZnSO4, 4 % opl. | ||
| ZnCl2, 4 % opl. | |||
| oogdruppels (o.a. tegen bindvliesontsteking) | ZnSO4, 0,25 % opl. | ||
| tegen griep (zuigtablet met 13 mg Zn) | zinkgluconaat | ||
| bij zinktekort | ZnSO4 | ||
| glas | ZnO | ||
| glas met hoge brekingsindex, glazuur, email, porselein | ZnF2 | ||
| glijmiddel bij bereiding kunststoffen | zinkstearaat | ||
| papier maché | ZnCl2 | ||
| pigment | wit | ZnCO3 | |
| zinkgeel | ZnCrO4 | ||
| zinkgroen | mengsel van ZnCrO4 en KFeFe(CN)6 | ||
| raffinage aardolie | ZnCl2 | ||
| rattengif | Zn3P2 | ||
| siccatief (droogmiddel voor verf en vernis) | zinkstearaat | ||
| soldeervloeistof | ZnCl2 | ||
| stabilisator voor PVC | zinkstearaat | ||
| textielbewerking | Zn(CH3COO)2 | ||
| ZnSO4 | |||
| ZnCO3 | |||
| traceren van afwijkende cellen in lichaam | ZnCdS2 | ||
| veevoeder(additief) | zink is essentieel, zowel voor dier als mens, o.a. voor de inbouw van ijzer in hemoglobine, botvorming, activeren van enzymen. Mensen krijgen bij een goed voedingspatroon voldoende zink. Per dag heeft een volwassen mens ca. 10 - 20 mg zink nodig. | zinkverbindingen | |
| vlamwerend middel voor kunststof | ZnB2O4 | ||
| vlamwerend middel voor textiel | Zn(CH3COO)2 | ||
| vloeimiddel bij het lassen | ZnF2 | ||
| vulmiddel voor kitten en lijmen | ZnO | ||
| waterdicht maken van cement | ZnSiF6 | ||
| waterdicht maken van textiel | zinkstearaat | ||
| zilverpoetsmiddel | Zn(CH3COO)2 | ||
| zonnecellen | ZnO | ||