InfoNu.nl > Wetenschap > Techniek > Zink: Het element

Zink: Het element

Zink: Het element Zink is het vierde meest gebruikte metaal in de wereld na staal, aluminium en koper. Zink wordt al millennia gebruikt om te legeren met tin tot brons. Het belangrijke metaal van de Romeinen. Het element zink wordt voor het eerst gewonnen in de 15e eeuw in India uit het mineraal calamine (zinkoxide ZnO). Zink is in Europa ontdekt als element in de achttiende eeuw door het mineraal calamiet ( ZnCO3) te verhitten.
Periodiek systeem, zink atoomnummer 30 / Bron: Kushboy, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Periodiek systeem, zink atoomnummer 30 / Bron: Kushboy, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
Zink / Bron: Alchemist hp, Wikimedia Commons (FAL)Zink / Bron: Alchemist hp, Wikimedia Commons (FAL)
Zinkerts: Zinkblende / Bron: Andreas Früh (Andel), Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Zinkerts: Zinkblende / Bron: Andreas Früh (Andel), Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Zink uit zinkblende

De droge methode

Belangrijkste zinkerts is de zwavelhoudende zinkblende ZnS. De erts wordt geroost volgens:

2ZnS + 3O2 >> 2ZnO + 2SO2

Het SO2 wordt geleverd aan de zwavelzuurfabriek, die er zwavelzuur (H2SO4) van maakt. De zinkoxide ZnO wordt in ovens, bij circa 1200 graden C, gereduceerd met koolstof (cokes) tot zink volgens:

ZnO + C >> CO + Zn

Behalve CO ontwijkt ook het zink in dampvorm wegens zijn lage kookpunt (907 graden C) en condenseert als zinkstof in de koeler of verzamelt zich als vloeibaar zink op de bodem van de koeler.

De ruwe zink is 97-98% zuiver en bevat meerdere procenten lood, enkele tiende procenten ijzer, en een kleine hoeveelheid cadmium en Arseen. Reinigen van het zink gebeurt door gefractioneerde destillatie van het ruwe zink. Kookpunt zink is 908,5 ° C, van cadmium 767,3 ° C, van lood 1751 ° C en van ijzer 3070 ° C. Lood en ijzer blijven achter in het residu. Het loodvrije en ijzervrije zink wordt nogmaals gedestilleerd en gecondenseerd, waarbij de vluchtige cadmium als "cadmium stof" neerslaat.

De natte methode, het elektrolytisch proces

bij de natte methode, het elektrolytisch proces wordt ZnO opgelost in zwavelzuur (H2SO4); er ontstaat zinksulfaat (ZnSO4) waaruit zuiver zink elektrolytisch wordt neergeslagen.
In het elektrolytisch proces opgelost(vergelijking 1), de zinksulfoplossing ZnSO4 door gebruik van loodanode en aluminiumkathode elektrolyseerd. Het op het alumium neergeslagen elektrolytzink wordt elke 24 uur omgesmolten.
ZnO (s) + H2SO4 ---> ZnSO4 (aq) + H2O (1)
Kathode: Zn2+ + 2 e- ---> Zn0 (2)
Anode: SO42- + Pb0 ---> PbSO4 + 2 e- (3)

Eindvergelijking: ZnSO4 + Pb ---> PbSO4 + Zn (4)

Zinkoxide / Bron: Walkerma, Wikimedia Commons (Publiek domein)Zinkoxide / Bron: Walkerma, Wikimedia Commons (Publiek domein)
Zinksulfide neerslag / Bron: Capaccio, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Zinksulfide neerslag / Bron: Capaccio, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
Zinkchloride / Bron: Walkerma, Wikimedia Commons (Publiek domein)Zinkchloride / Bron: Walkerma, Wikimedia Commons (Publiek domein)

Bekende zinkverbindingen

  • Zinkoxide (ZnO) bekend als de kleurstof zinkwit. Wordt toegepast in verf, rubber, cosmetica, medicijnen, plastics, printer inkt, zeep en batterijen.
  • Zinksulfide (ZnS) gloeit op als het wordt blootgesteld aan ultraviolet (UV) licht en wordt om die reden gebruikt voor horlogewijzers, beeldschermen en fluorescerende lampen.
  • Zinkchloride (ZnCl2) wordt gebruikt als hout bescherming en als insecticide

Zink verwerking

Zink is bros, maar verwarmd tot ca 100 graden Celcius is het goed walsbaar. Hoewel onedel, (zie verdringingsreeks) ‘roest’ het blootgesteld aan atmosferische invloeden niet snel weg, omdat zich een beschermende laag vormt van basisch zinkcarbonaat (Zn(OH)2•ZnCO3.

Een derde van zinkproductie wordt gebruikt voor het verzinken van ijzer/staal, dat is het aanbrengen van een zinklaag. Zink wordt op het voorwerp aangebracht door het in vloeibaar zink te dompelen (thermisch verzinken), of door middel van elektrolyse (elektroplating).

De zinkanode wordt gebruikt in de z.g.n. kathodische bescherming van ijzer/staal tegen corrosie, door zichzelf op te offeren, veel gemonteerd op de stalen romp, onder de waterlijn, van schepen.

Invloed van zink op de gezondheid

Te weinig zink kan leiden tot:
  • Gbrek aan eetlust
  • Afgenomen tast- en reukzin
  • Traag wondherstel
  • Huidpijn
  • Geboorteafwijkingen

Teveel aan zink kan leiden tot:
  • Buikkramp
  • Huidirritatie
  • Misselijk en duizelig
  • Bloedarmoede

Hoge zinkgehalte kan leiden tot:
  • Alvleesklier beschadiging
  • Eiwitstofwisseling verstoren
  • Aderverkalking
  • Problemen met ademhaling
  • Metaalkoorts griepachtige aandoening bij overgevoeligheid.

Invloed van zink op het Milieu

  • Door ons afvalwater verontreinigd veroorzaakt zink-rijk rivierslib.
  • Zink in de bodem verontreinigd het grondwater.
  • Zink verhoogt de zuurgraad van water.
  • In het lichaam van vissen accumuleert zink en komt in ons voedselketen.
  • Met zink verontreinigd landbouwgrond schaadt de gezondheid van het vee.
  • Zink bedreigt planten. Op zinkrijke grond leven weinig planten.
  • Zink verstoort bodem processen, door de invloed op micro-organismen en wormen.

Tabel: Fysische en mechanische eigenschappen van zink

Kenmerk Waarde
atoomnummer 30
atoommassa 65,37 g/mol
dichtheid 7,11 g/cm3 bij 20 graden C
smeltpunt 420 graden C
kookpunt 907 graden C
atoomrooster hexagonaal
treksterkte 140 N/mm2
strekgrens 70 N/mm2
verleging (rek) 50%
elasticiteitsmodules 100.000 N/mm2
belangrijkste legerings elementen Al,Cu, Sn, Pb.
anisotroop verschil mech. eigenschappen
wals- en dwarsrichting circa 30%

Zinken dak / Bron: Pko, Wikimedia Commons (GFDL)Zinken dak / Bron: Pko, Wikimedia Commons (GFDL)
Spuitgegoten automodel in zink, niet ontbraamd, zoals het uit de matrijs komt / Bron: Konstantin Lübeck, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Spuitgegoten automodel in zink, niet ontbraamd, zoals het uit de matrijs komt / Bron: Konstantin Lübeck, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Toepassing van zink

Zink gewalst tot plaat, plaatprofiel en buis. Zink in de bouw heeft een lange levensduur. In contact met de atmosfeer, die altijd H2O and CO2, bevat vormt zich een laag basisch zinc-carbonate: Zn(OH)2•ZnCO3, die het onderliggende materiaal beschermt
tegen corrosie. Zn(OH)2 is onoplosbaar in water met een pH tussen 6 en 13, de hydroxide beschermt het zink dus ook in water.

Zink spuitgieten

Meest voorkomende zink gietprocess is spuitgieten, waarbij het gesmolten zink in een stalen spuitgietmatrijs gespoten wordt. Zink zet uit bij het stollen, en vult daardoor de matrijsholten perfect, deze gietstukken vereisen weinig of geen nabewerking. Bij massaproductie zijn spuitgegoten producten veel goedkoper dan bewerkte onderdelen, aangezien de kosten van de Matrijs worden afgeschreven over een groot aantal producten.

Het spuitgieten vereist zuiver zink. De onzuiverheden migreren naar de kristalliet grenzen en veroorzaken verbrossing. Gehalte aan lood, cadmium en tin verontreinigingen moeten zeer laag gehouden worden. Een beproefde bekende zink spuitgietlegering is Zamac. Het zink zuiveren kost relatief veel, de normbladen geven de fabrikant de ruimte om het zink niet zuiverder te maken dan technisch vereist. Voor spuitgieten van zinklegeringen moet het lood-, koper-, en tin gehalte minimaal zijn, relatief kleine hoeveelheid heeft grote invloed op de eigenschappen van het spuitgegoten product.

Sherardiseren (diffusie verzinken)

Sherardiseren is het aanbrengen van een zinklaag op staal en gietijzer. Het proces geeft een uniforme laagdikte. Producten worden samen met zinkstof verhit tot circa 370 graden C ( dus onder het smeltpunt van zink) in een roterende trommel. Door droge diffusie van zink in het staaloppervlak ontstaat een zink-ijzer legering in/aan het oppervlak, wat een duurzamer, corrosiebestendiger, temperatuurbestendiger en slijtvaster oppervlak geeft. Het zink vormt een dunne goed hechtende laag (ongeveer 15 mg/cm2 zink) dat het ijzer beschermt.

Voor en nabehandeling

Verontreinigingen en/of oxidatie, zoals walshuid, door staalstralen te verwijderen en/of de producten beitsen in een 50% HCl bad.
Na het verzinken passiveren of poedercoaten. De combinatie verzinken/poedercoaten wordt het duplex systeem genoemd. Verzinken (sherardiseren) en poedercoaten versterken elkaar, wat leidt tot verdere verbetering van bescherming tegen corrosie, minder onderhoud en geen verkleuring aan de buitenlucht.

Toepassing Sherardiseren
Sherardiseren (diffusie verzinken) is bij uitstek geschikt voor het verzinken van gelegeerd giet- en stamp en smeedwerk. Er wordt een gecontroleerde laag van gelijke dikte aangebracht. Door geleidelijke opwarming en de relatief lage temperatuur ontstaan geen materiaal spanningen en de veredelde structuur door een warmtebehandeling wordt niet afgebroken. Sherardiseren met gecontroleerde temperatuur van geharde, hoogvaste staalsoorten wordt met behoud van hun veredelde structuur uitgevoerd. Het is een droog verzinkproces, de bijdrage aan waterstofbrosheid is nihil en dat geldt ook voor een eventuele voorbehandeling door middel van stralen.

Het milieu

Het milieu wordt gespaard bij sherardiseren
  • Geheel gesloten verzinkproces
  • Geen chemische voorbehandeling
  • Geen chemische afvalstromen
  • Geen ontwikkeling van gevaarlijke gassen

Lees verder

© 2013 - 2019 Custor, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Sherardiseren van staalSherardiseren is het droogverzinken van stalen producten, door de producten samen met zinkpoeder te verhitten in een rot…
Geneesmiddelen of medicijnen bij koortslipWie ermee behept is weet dat een koortslip heel vervelend is. Je loopt de hele dag met een naar gevoel rond dat regelmat…
Smeer gerust maar SPF bewustSmeer gerust maar SPF bewustAl geruime tijd is het gebruik van chemicaliën in zonnebrandcrèmes heel gebruikelijk. Minuscule schadelijke nano-deeltje…
Een zinktekort bij paarden komt veelvuldig voorEen zinktekort bij paarden komt veelvuldig voorEen tekort aan zink in een dieet bij paarden komt veel vaker voor dan je denkt. Helaas is de bodem redelijk arm aan zink…
De terugkeer van zink in en om het huisDe terugkeer van zink in en om het huisZink werd vroeger veel gebruikt voor het maken van gebruiksartikelen in huis, want het was stevig, duurzaam, ongevoelig…
Bronnen en referenties
  • http://www.lenntech.nl/periodiek/elementen/zn.htm
  • Sherart b.v. Zuiddijk 27 5705 CS Helmond – info@sherart.nl
  • http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/30/3-cristalografia/
  • Multinal Group B.V.Bloemendalerweg 44, 1382 KC Weesp
  • http://www.kwintdak.nl/zink-en-dakgoten.html
  • Theoretische en toegepaste metaalkunde door prof Ir de Sy en Dr Vidts 1961
  • http://www.groenhart.nl/hang-_en_sluitwerk/scharnieren/onzichtbare_scharnieren
  • E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 20.09.10
  • Afbeelding bron 1: Kushboy, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Afbeelding bron 2: Alchemist hp, Wikimedia Commons (FAL)
  • Afbeelding bron 3: Andreas Früh (Andel), Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Afbeelding bron 4: Walkerma, Wikimedia Commons (Publiek domein)
  • Afbeelding bron 5: Capaccio, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Afbeelding bron 6: Walkerma, Wikimedia Commons (Publiek domein)
  • Afbeelding bron 7: Pko, Wikimedia Commons (GFDL)
  • Afbeelding bron 8: Konstantin Lübeck, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Reageer op het artikel "Zink: Het element"

Plaats een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Reacties

Lisette, 04-11-2014 09:52 #2
Beste

Onze dakgoot is van hout met zink bekleed, kan ik hier een gaatje inboren voor iets op te hangen? Kan dit op de lange termijn schade cq verrotting geven aan de houten dakgoot eronder?
Met vriendelijke groet
Lisette Reactie infoteur, 06-11-2014
Lisette,
Het hout wordt aangetast. Het vocht kan tussen zink en hout kruipen wat de houtaantasting verergert. Het materiaal van de haak speelt een rol, bij contact tussen twee verschillende metalen treedt aantasting op van een van de metalen. Hout- en metaal aantasting zijn in dit geval beide te voorkomen door toepassing van een kunststof kraagbus in het gat te tikken.(bouwmarkt). Het hout wordt afgesloten voor regenwater en de metalen van haak en zinkgoot maken geen contact.
M.Vr.Gr.
Custor

Ad Strik, 06-05-2014 13:07 #1
Vraag: Komen bij verhitten van zink tot ongeveer 230° C giftige gassen vrij?
Toepassing : Ik bak mijn eigen brood en wil ook casinio-brood maken. Dit vereist een deksel op het bakblik, dat mijn blikken ontberen.
Zink heb ik voldoende en het is makkelijk te bewerken. Mijn idee is om een plaatje zink in de vorm van het bakblik te buigen, zodat ik het over het blik kan schuiven en zodoende een deksel heb. Een leuk idee, maar wat zijn de gezondheidsrisico's?

Mijn hartelijke dank voor Uw antwoord.
Met vriendelijke groet,
Ad Strik. Reactie infoteur, 07-05-2014
De zinken keukenaanrecht werd vroeger algemeen toegepast en nu gebeurt het weer veelvuldig. Een zinken bakplaat of bakblik voor casinobrood is wat anders, het is inderdaad prima te verwerken metaal maar het heeft een nadeel. Het zink wordt aangetast en zelfs opgelost in zuren, waardoor het in de keuken niet in direkt contact met de voedsel bereiding staat. Hoe dat uitwerkt bij broodbakken weet ik niet, dat ligt er dus aan of bij het brood bakken zuren ontstaan. Overigens is zink voor de mens bij normaal gebruik geen toxisch metaal. Meestal wordt voor de bakblik staalplaat, gietijzer of aluminium gebruikt. Van het ontstaan van schadelijke zinkdampen is bij circa 200 graden C geen sprake. U kunt de broodbussen voor casinobrood ook kopen. Voor een uitgebreid artikel over casinobrood bakken verwijs ik naar: http://uitdekeukenvanarden.blogspot.nl/2007/07/casinobrood.html

M.Vr.Gr
Custor

Infoteur: Custor
Laatste update: 14-11-2016
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Techniek
Special: Overgangsmetalen
Bronnen en referenties: 16
Reacties: 2
Schrijf mee!