zink

Zink. Varmeforzinkede jerngenstande. Jerngenstandene dyppes i et bad af smeltet zink.

.

Artikelstart

Zink er grundstof nr. 30, placeret i 12. gruppe i det periodiske system med atomtegn Zn. Zink er et blåhvidt, skinnende metal og forholdsvis bestandigt i ren atmosfærisk luft, idet det med luftens ilt danner et beskyttende lag af zinkoxid. I fugtig, carbondioxidholdig luft dannes zinkcarbonater, og i fugtig, svovldioxidforurenet luft (syreregn) dannes zinksulfat. Grundstoffet opløses i kolde, fortyndede syrer under dannelse af zinksalte og udvikling af brint.

Faktaboks

Etymologi
Ordet zink kommer af tysk Zinke 'tak, spids'; sigtende til metallets form i smelteovnen.

Geokemi og mineraler

Zink er et chalcofilt grundstof, det vil sige, at det har en tilbøjelighed til at reagere med svovl. Jordskorpen indeholder i gennemsnit 70 gram pr. ton zink. Blandt magmabjergarter har basalt og gabbro 40-150 gram pr. ton og granit 5-100 gram pr. ton. Højere indhold findes i agpaitiske nefelinsyenitter, i Ilímaussaq-komplekset i Sydgrønland fx mere end 3000 gram pr. ton. Sedimenter indeholder 20-80 gram pr. ton zink, og sorte skifre op til 1000 gram pr. ton. Havvand indeholder 0,005 gram pr. ton, ferskvand 0,002 gram pr. ton, og varmt kildevand fra Salton Sea, Californien, 780 gram pr. ton zink. Ved jordoverfladen er zink mobilt i oxiderende, sure miljøer, men har lav mobilitet i basiske miljøer i fx carbonatholdige bjergarter. Zink findes som en forurening i bjergartsdannende mineraler som pyroxener og amfiboler og kun sjældent som rent metal i naturen.

Egenskaber
Nummer 30
Atomtegn Zn
Navn zink
Relativ atommasse 65,39
Densitet 7,14 g/cm3
Smeltepunkt 419,5 °C
Kogepunkt 907 °C
Opdagelse ingen opdager kan udpeges

De vigtigste zinkmineraler er sulfiderne zinkblende (sphalerit) og wurtzit, carbonatmineralerne zinkspat (smithsonit) og hydrozinkit og silikatmineralerne hemimorfit og willemit. Brydeværdige forekomster skal indeholde mere end 4 procent zink.

Forekomster og verdensproduktion

Zink findes i flere geologiske miljøer, men i størst mængde i sedimentære bjergarter i skifre (sedimentære exhalative bjergarter) og karbonatbjergarter (Mississippi Valley-type). Mindre forekomster findes i hydrotermale årer og i skarnmineraliseringer, se skarnmineraler. Zink- og blymalme findes ofte sammen. Det vigtigste økonomiske zinkmineral er zinkblende, men zinkspat udnyttes også.

Mineproduktion i 1000 t
2006 2013
Australien 1400 1520
Bolivia 407
Canada 725 426
Indien 793
Irland 327
Kasakhstan 450 362
Kina 2500 5000
Mexico 450 643
Peru 1210 1350
USA 725 784
andre lande 2540 1800
i alt 10.000 13.400
Kilde: Mineral Commodity Summaries 2007 og 2015

Af en verdensproduktion på ca. 13 millioner ton (2013), hovedsagelig fra Kina, Australien og Peru, stammer kun små mængder fra de europæiske lande Irland, Sverige, Polen, Spanien og Rusland. På Grønland findes en nedlagt bly-zink-mine i Maarmorilik, Den Sorte Engel, og en ny, stor, uudnyttet forekomst findes ved Citronen Fjord i NØ-Grønland.

Fremstilling af zink

Zink udvindes i en vis udstrækning af zinkcarbonatmalm (galmaj), men især af den sulfidiske malm zinkblende (ZnS), der oftest forekommer sammen med blyglans (PbS). Efter brydning, knusning og sortering af malmene adskilles og koncentreres sulfiderne ved flotation. Zinkblende ristes til oxidet ZnO og reduceres i ovne med koks. Da zinks kogepunkt ved atmosfæretryk er så lavt som 907 °C, fremkommer det udreducerede metal som damp, som må afkøles og fortættes uden luftens adgang for at undgå oxidation. I en nyere proces smeltes ristet zink- og blymalm sammen i skaktovn, hvorfra zinkdampen opfanges og fortættes i smeltet bly ved 550 °C. Ved afkøling af den fremkomne bly-zink-legering til ca. 440 °C udskilles zink i flydende form, og de to metaller adskilles. Blyet recirkuleres i processen.

Det udvundne zink er blyholdigt (1-1,5 procent Pb); det kan anvendes som sådant, blandt andet til varmgalvanisering, men kan også ved destillation raffineres til fintzink med 99,95 procent renhed eller bedre. En stigende mængde zink udvindes og raffineres desuden elektrolytisk, idet renset og ristet zinkmalm (zinkoxid) opløses i svovlsyre og elektrolyseres med uopløselige anoder af bly eller bly-sølv-legering. Rent zink udfældes på aluminiumkatoder, skrælles af og omsmeltes til elektrolytzink (fintzink) i blokke med en renhed på 99,95-99,995 procent.

Genvinding af zink spiller en forholdsvis beskeden rolle, fordi metallet i de fleste anvendelser tabes ved korrosion eller fordamper ved omsmeltning af fx forzinket stål. En undtagelse er dog zink i messing- og bronzelegeringer, som omsmeltes og genvindes igen og igen.

Anvendelse

Messing er fortsat en af de vigtigste anvendelser, men på grund af genvindingen aftager den kun ca. 20 procent af den nyfremstillede zink.

En lignende mængde zink anvendes som valsede plader til tagdækning og nedløbsrør mv. og til fremstilling af fx orgelpiber, trykplader og bægre til batterier.

En speciel legering med 22 procent aluminium valses og varmebehandles til superplastisk metal, der kan formgives meget let ved temperaturer omkring 240 °C.

Legeringer af fintzink med 4-5 procent aluminium, som smelter omkring 400 °C, er særlig egnede til trykstøbning i stålforme. De støbte emner kan være både komplicerede og tyndvæggede, og de opnår umiddelbart en høj grad af færdiggørelse uden efterbearbejdning. På denne måde massefremstilles maskindele, bilbeslag, montagerammer, legetøj og andre mindre emner i seriestørrelser, der kan gå op til millioner.

Galvanisering

Mest af alt anvendes zink til rustbeskyttelse af jern og stål, især som forzinkning, der påføres elektrolytisk eller ved dypning i smeltet zink, hhv. elforzinkning og varmforzinkning. Begge overtræk kaldes også galvanisering. I kontakt med fugt og vandige opløsninger danner zink og jern (stål) et galvanisk element, hvor zink er anode og opløses (korroderer, tæres), mens jern bliver katodisk beskyttet, det vil sige forhindret i at ruste. Beskyttelsen er effektiv, selvom der er porer eller ridser i zinkbelægningen, men zinklaget bruges efterhånden i processen.

Elforzinkning

Elforzinkning giver forholdsvis tynde belægninger, 5-30 μmol zink, som især bruges på skruer, bolte, møtrikker og andre små maskindele og beslag. Belægningen, som foregår uden opvarmning, påvirker ikke godsets hårdhed og styrke og ændrer praktisk taget ikke dimensionerne i fx gevind. Elforzinkning udføres også kontinuert til forzinkning af rør, båndstål og tyndplade, som blandt andet indgår i opbygningen af rustsikre biler.

Varmforzinkning

Ved varmforzinkning fås tykkere lag, som kan give en langvarig beskyttelse af stålkonstruktioner i det fri. Varmforzinkning anvendes primært ved enkeltstykproduktion, hvor emnerne bejdses i saltsyre eller kloridflusmidler og dyppes i et bad med smeltet zink ved 450-500 °C, hvilket giver en vis udglødning (blødgøring) af stålet. Kontinuert varmforzinkning anvendes til båndstål og ståltråd, som løber gennem bejdsebad eller reduktionsglødeovn og videre gennem zinkbadet. Temperatur, dyppetid samt stålets sammensætning og forbehandling bestemmer den resulterende lagtykkelse, som ved kontinuert forzinkning bliver op til 40 μmol og ved dyppeforzinkning op til 150-200 μmol. Master, søjler, autoværn, bygningsdele og riste er eksempler på den meget udbredte anvendelse af varmforzinket stål.

Sprøjteforzinkning

Beskyttende overfladelag af zink påføres også ved termisk sprøjtning på stål (sprøjteforzinkning) og som zinkstøv i rustbeskyttende maling (primer), der normalt igen overmales med dækmaling.

Zink i plade- eller blokform bruges til rustbeskyttelse af skibe, rørledninger, spunsvægge og andre konstruktioner i havvand. Fintzink 99,995 procent med små legeringstilsætninger støbes i blokke, anoder, med indstøbte jern, som svejses til de malede stålkonstruktioner. Anoderne tæres efterhånden, mens stålet beskyttes katodisk, også ved skader i malingen.

Forbindelser

Zink optræder i forbindelser med oxidationstrin −2 i form af zinkhydrid, ZnH2, og i form af organometalliske forbindelser af typen ZnR2, hvor R er et alkyl, fx methyl (CH3−) og ethyl (C2H5−). Det mest almindelige oxidationstrin er imidlertid +2, hvori zink optræder i en række salte som fx ZnX2, hvor X kan være et halogen (fluor, klor, brom eller jod). Andre typer er zinksulfat, ZnSO4, den citrongule malerfarve zinkchromat (zinkgult), ZnCrO4, og zinknitrat, Zn(NO3)2. Zinkoxid, ZnO, findes i naturen som mineralet zinkit. Zinksulfid, ZnS, findes i naturen i to krystalformer: zinkblende og wurtzit.

Zinkionen er i sine forbindelser omgivet af fire naboatomer i tetraedrisk koordination. Dette gælder også i forbindelser som zinkoxid og zinksulfid, hvor der ikke er molekyldannelse. Zinkionen, Zn2+, fældes som zinkhydroxid, Zn(OH)2, af svag base. I stærk base opløses zinkhydroxid under dannelse af zinkationer, Zn(OH)42-. Zinkionen danner mange komplekser, fx med ammoniak, og kan binde op til fire ammoniakmolekyler. Andre typer af kompleksdannere er polyaminer, fx ethylendiamin, og aminosyrer, fx glycin.

Zink indgår uden veldefineret oxidationstrin i mange intermetalliske forbindelser. En af de mest kendte er messing, hvor zink sammen med kobber danner flere ikke-støkiometriske forbindelser med omtrentlige sammensætninger som fx CuZn og CuZn2.

Historie

Det vides ikke, hvornår zink første gang blev udvundet af zinkmineraler. Blandt oldtidsfund fra Egypten er der enkelte genstande af messing. Legeringen kan have været fremstillet med vilje, men også ved en tilfældighed, idet der i Egypten er steder, hvor kobber og zinkmineraler findes side om side. De ældste messingfund fra ca. 1000 f.v.t. indeholder kun ca. 2 procent zink, mens der fra tiden omkring Kristi fødsel er fund med ca. 15 procent zink, hvilket opfattes som bevidst fremstillet messing.

I 1200-tallet blev der i Indien fremstillet zink af zinkmineraler, hvilket er vanskeligt. Når zinkmineraler som zinkcarbonat eller zinksulfid opvarmes, dannes zinkoxid, der forsvinder som en hvid røg. Lægges et koldt låg over diglen, kan en del af zinkoxidet sætte sig som zinkblomster. Opvarmes zinkblomster med carbon, dannes zink, men denne reduktion skal udføres ved så høj en temperatur, at zinket fordamper. I luften forbinder zink sig med ilt og danner zinkoxid. I Indien udførtes manipulationerne i lukkede beholdere (retorter). Kunsten at udvinde zink af zinkmalm bredte sig til Kina, og herfra kom zink til Europa, hvor det i 1500-tallet omtales af lægen Paracelsus og geologen Georg Agricola. En genstand importeret i 1745 til Sverige fra Asien er af 99 procent rent zink.

Fra ca. 1740 blev zink fremstillet industrielt i England ved destillation af en blanding af zinkcarbonat (senere zinksulfid) med koks. A.S. Marggraf skrev i 1747 en bog om zink og er senere med urette blevet kaldt for opdageren af zink. Kort tid efter indførelsen af den engelske metode blev der oprettet anlæg til zinkfremstilling i Schlesien og Belgien.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig