Skôr nenápadný kov. Hojil rany, dnes je nepostrádateľný v automobilovom priemysle. Zinok sa javí ako menej pôsobivý kov v porovnaní s ostatnými, bežne známymi kovmi. Nie je taký vzhľadný ako zlato alebo meď, nedosahuje pevnosť ocelí či nízku mernú hmotnosť hliníka.
Hlavné rudy zinku a minerály
V prírode sa zinok vyskytuje len vo forme zlúčenín, hlavným minerálom je sfalerit (ZnS); ďalšími sú napr. smithsonit (ZnCO3), kalamín a hemimorfit. Hlavným minerálom a rudou pre priemyselnú výrobu zinku je sfalerit, chemicky sulfid zinočnatý ZnS. Ďalším minerálom zinku je smithsonit (predtým kalamín), uhličitan zinočnatý ZnCO3 a oxid zinočnatý - zinkit. Vzácne sa v prírode môžeme stretnúť aj elementárnym, kovovým zinkom.
Rozšírenie a významné náleziská
Najväčšie zásoby zinkových rúd na svete má Austrália (odhad je 63 miliónov ton). Ďalšími krajinami s významnými zásobami zinku sú Čína, Peru a Mexiko. Zinok sa ďalej ťaží vo viac ako 50 krajinách na svete. Najväčšie množstvo zinkovej rudy v roku 2017 bolo vyťažené v Indii (Rampura Agucha mine v Rajasthane). Druhé miesto v ťažbe zinkovej rudy patrí USA (Red Dog mine, Aljaška). Tretie miesto patrí Austrálii (Mount Isa operation, spoločnosti Glencore).
Ťaženie zinkových rúd a ich spracovanie
Proces ťažby zinkových rúd prebieha prevažne (80 %) pod zemou. Približne 8 % zinkových rúd sa ťaží povrchovo a zvyšných 12 % oboma metódami. Hlavným zdrojom výroby primárneho zinku je ruda s obsahom minerálu sfalerit, ZnS. Sulfid zinočnatý sa praží s cieľom premeny sulfidického minerálu na ZnO, ktorý možno ľahko redukovať na kov oxidom uhoľnatým pri teplote približne 1 100 °C. Pretože bod varu zinku je 907 °C, vznikajúci zinok je vo forme pár a musí sa ihneď kondenzovať, aby nedošlo k jeho opätovnej oxidácii.
Pre dosiahnutie mechanickej separácie zinok obsahujúcich minerálov od hlušiny sa zinkové rudy drvia a melú. Následne sa využívajú zložité flotačné postupy s cieľom maximálnej separácie minerálov olova od minerálov zinku. Produktom týchto postupov je koncentrát, ktorý obsahuje typicky 60 % Zn alebo viac v prípade ak sa spracovávajú rudy neobsahujúce olovo, alebo 55 - 60 % Zn, ak sa spracovávajú Pb-Zn rudy.
Prečítajte si tiež: Význam zinku pre zdravie
| Parameter | Typické hodnoty v koncentráte |
|---|---|
| Zn | ~52-60 % |
| S | ~32 % |
| Fe | ~7,5 % |
| Pb | ~2,5 % |
| Cd | ~0,22 % |
| Cu | ~0,57 % |
História výroby zinku
Je zaujímavé, že skôr, ako bol zinok objavený v kovovej forme, sa zinkové rudy používali pri výrobe mosadzí a zinkových zlúčenín. Mosadz sa vyrábala postupom, pri ktorom sa kovová meď, zinková ruda a drevné uhlie ohrievali v téglikoch, pričom mosadz vznikala absorpciou zinkových pár meďou. To je dôvod prečo ľudia na celom svete hodne používali mosadz ešte pred výrobou samotného zinku.
Dostupnosť samotného kovového zinku začína zrejme v 12. storočí v Indii. Indickí remeselníci v Zaware vytavili 1 000 kt zinku v období od 12. do 16. storočia. Nálezy z bane v Zawar (Rajasthan, India) dokazujú, že už v 9. storočí bol destiláciou vyrobený čistý zinok. Starovekú čínsku produkciu zinku možno vysledovať do ranej dynastie Ming (začiatok 16. st.). V Číne bolo objavených takmer 20 miest, kde prebiehala výroba zinku v období dynastie Ming (1368 - 1644) pozdĺž rieky Yangtze vo Fengdu v juhozápadnej Číne.
V Európe sa ľudia dozvedeli o kovovom zinku na začiatku 17. storočia, avšak až v 18. storočí došlo k rozvoju nezávislého priemyslu zinku. Andreas Sigismund Marggraf v roku 1746 vedecky izoloval a identifikoval zinok. Anglickí remeselníci vyrobili kovový zinok redukciou uhlíkom v retortách v roku 1738. Belgický proces použitím horizontálnych retort bol vyvinutý približne v roku 1838 a stal sa štandardnou metódou výroby zinku až do roku 1951.
Moderné výrobné metódy: pyrometalurgia a hydrometalurgia
Zinok sa vyrába v súčasnosti z primárnych surovín hydrometalurgicky a pyrometalurgicky. Pyrometalurgická výroba je založená na využití tzv. Imperial Smelting Procesu (ISP). Pyrometalurgický spôsob výroby zinku využitím retort sa v súčasnosti, až na malé výnimky použitia v Číne viac nevyužíva. Pri tomto spôsobe bol na redukciu zinkovej rudy na kovový zinok použitý uhlík. Zinkové pary boli zachytávané v keramických kondenzátoroch.
Hydrometalurgický spôsob výroby zinku začal nadobúdať význam na konci 20. storočia a vo významnej miere nahradil pyrometalurgický spôsob výroby. Ide o takzvaný hydrometalurgický postup. Vstupnou surovinou sú primárne, ale aj sekundárne suroviny. Proces je známy pod anglickou skratkou RLE (roast-leach-electrowin) - praženie-lúhovanie-elektrolýza. Týmto spôsobom sa vo svete vyrobí približne 90 % zinku. Hydrometalurgické spracovanie koncentrátov na báze sulfidov zinku sú spojené s problémom oddelenia zinku od železa, čo súvisí so skutočnosťou, že väčšina zinkových koncentrátov obsahuje železo, niekedy vo významných množstvách (5 - 12 %).
Prečítajte si tiež: L-arginín: Nákup v lekárni
Electrodialysis Reversal to Treat Organic Wastewater | Flex EDR Organix
Po aglomeračnom pražení obsahujúcom oxid zinočnatý sa produkt redukuje oxidom uhoľnatým v šachtovej peci. Kovový zinok odchádza z pece v plynnej forme a kondenzuje sa pri kontakte s roztaveným olovom v kondenzátore. Surový zinok sa následne podrobuje procesu rafinácie s cieľom získať čistotu až 99,995 %. ISP proces je určený pre zmesové Zn-Pb koncentráty a druhotné materiály (šrot zo zinkových zliatin, zinkové stery a pod.).
Koncentráty, sekundárne suroviny a recyklácia
Koncentrát tiež obsahuje malé množstvo zlata, striebra, gália, germánia, india a tália. Priemerná analýza získaná z údajov pochádzajúcich od 22 výrobcov koncentrátov bola nasledovná: 52 % Zn, 32 % S, 7,5 % Fe, 2,5 % Pb, 0,22 % Cd a 0,57 % Cu. Keďže rudy s obsahom zinku a koncentráty obsahujú sulfidy, výroba zinku má podobné problémy z hľadiska životného prostredia ako priemysel výroby kyseliny sírovej.
Výrobky obsahujúce zinok sa vyznačujú pomerne dlhou životnosťou, ktorá sa môže pohybovať od 10-15 rokov u automobilov až po viac ako 100 rokov u zinkových plechov používaných na strechách. Miera recyklácie je vysoká v prípade zinkových plechov alebo mosadze - nad 90 %. Niektoré odpady sa pred opätovným použitím jednoducho pretavujú. Do tejto kategórie možno zahrnúť najmä zliatiny (mosadze a zinkové zliatiny na tlakové odlievanie) a zinkové plechy. Metódy spracovania závisia od čistoty zinku, formy a stupňa kontaminácie. Výsledkom spracovania sú zinkové ingoty, oxid zinočnatý alebo zinkový prach.
Recyklácia pozinkovaných ocelí poskytuje nový, významný zdroj východiskových materiálov. Pozinkovaná oceľ sa recykluje pri výrobe ocele s iným oceľovým odpadom, pričom zinok sa v priebehu procesu odparuje a zachytáva vo forme úletov. Tieto odpady, napr. spomínané úlety pochádzajúce z výroby ocele, môžu obsahovať aj viac ako 20% zinku. Keďže obsah zinku v rudách je v intervale 3 až 10%, predstavujú odpady veľmi zaujímavý a dôležitý zdroj sekundárneho zinku.
Využitie zinku a jeho zlúčenín
Dnes je zinok tretím najviac vyrábaným neželezným kovom (po hliníku a medi). V roku 2021 sa vo svete vyrobilo 12,8 mil. ton primárneho zinku. Spotreba zinku sa za posledných štyridsať rokov zdvojnásobila. Približne 60% zinku sa spotrebuje v povrchovom inžinierstve na koróznu ochranu ocelí. Tento vzostup súvisí so stúpajúcim použitím pozinkovaných plechov v automobilovom priemysle.
Prečítajte si tiež: Viac o Hylak Forte
Zinok sa osvedčil ako materiál pre tvorbu povlakov s cieľom zvýšenia koróznej odolnosti, najmä ocelí. Najrozšírenejším spôsobom je tzv. žiarové zinkovanie, založené na ponore oceľového výrobku do roztaveného zinku. Ďalšie spôsoby ako elektrolytické zinkovanie, metalizácia (termické nástreky) a mechanické zinkovanie ako aj použitie náterových hmôt s vysokým obsahom zinku majú menšie použitie.
Zinok s meďou vytvára mosadz, ktorá sa podobá zlatu, poskytuje vysokú ochranu oceli proti korózii, s hliníkom vytvára zliatiny, ktoré sa používajú pri výrobe namáhaných dielov. Zinkové zlievarenské zliatiny majú vynikajúcu zabiehavosť, vďaka ktorej možno odlievať tenkostenné, tvarovo komplikované odliatky. Zinok potrebujeme aj pri výrobe zinkových batérií, či už zinkovo uhlíkových alebo alkalických. Takmer denne máme v ruke jedno či dvoj eurovú mincu obsahujúcu niklovú mosadz s 20% podielom zinku.
Fyzikálne a chemické vlastnosti, zlúčeniny
Zinok je modrobiely, lesklý kov. Za bežnej teploty je krehký, ale pri teplote 100-150 °C sa stáva kujným a ťažným. Na vlhkom vzduchu sa pokrýva tenkou, súvislou ochrannou vrstvou zásaditého uhličitanu zinočnatého, ktorá ho chráni pred ďalšou koróziou. Pri vyšších teplotách reaguje priamo s kyslíkom za vzniku oxidu zinočnatého (ZnO). Má amfotérny charakter: reaguje s kyselinami aj so silnými zásadami za vzniku zinkatanov. V zlúčeninách má takmer výhradne oxidačné číslo +II.
Najdôležitejšou zlúčeninou zinku je oxid zinočnatý (ZnO), biely prášok, nerozpustný vo vode. Možno ho považovať za multifunkčný materiál s jedinečnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami, akými sú vysoká fotostabilita, polovodičové vlastnosti, nízka toxicita, biokompatibilita a ďalšie. Oxid zinočnatý sa používal ešte v staroveku ako súčasť liečivých mastí. Nájdeme ho v tekutom púdri, zinkovej masti, opaľovacích krémoch a iných výrobkoch.
Zinok ako biogénny prvok a environmentálne aspekty
Zinok je biogénny prvok, esenciálny pre väčšinu živých organizmov. Zohráva dôležitú úlohu pri fungovaní ľudského organizmu, pomáha stimulovať aktivitu mnohých enzýmov. Telo dospelého človeka obsahuje približne 2 g zinku. Denná potreba zinku priemerného dospelého človeka sa odhaduje na 12 až 20 mg. K najbohatším zdrojom zinku patria ustrice, kraby, homáre, ale aj strukoviny, červené mäso, hydina, semienka, orechy, ovsené vločky, horká čokoláda, čedar, vajíčka a mnoho ďalších potravín.
Dostupné informácie naznačujú, že nedostatok zinku je spojený so závažnosťou ochorenia COVID-19. Hoci má zinok nepopierateľne priaznivé účinky na ľudské zdravie a ekosystémy, treba sa vyvarovať jeho vysokej koncentrácii v životnom prostredí. Niektoré banské vody obsahujú zinok rádove v gramoch na liter. Zinok je z hygienického hľadiska málo škodlivý, no škodí rybám a iným vodným organizmom pri vyšších koncentráciách.