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Technische Darstellung von ZinkAutor: Hans Lohninger Die technische Darstellung von Zink erfolgt weltweit über zwei Wege: Zum einen die Reduktion von Zinkoxid mit Koks (trockene Zinkgewinnung, 60% der Weltproduktion) und zum anderen die Elektrolyse einer Zinksulfatlösung (nasse Zinkgewinnung, 40%). Grundsätzlich ist die zweite Variante jene Variante, die die wenigsten Umweltschäden hervorruft, allerdings funktioniert die Abscheidung von Zink aus sauren Lösungen nur dann, wenn die Zinksalzlösung sehr rein ist (nur dann ist die Überspannung des Wasserstoffs so hoch, dass sich statt Wasserstoff Zink abscheidet). Die Reinigung des Zinksulfats ist allerdings mit erheblichen Kosten verbunden, so dass die Reduktion mit Koks immer noch verwendet wird. Die Ausgangsbasis für beide Verfahren ist Zinkoxid, das durch Rösten bzw. Brennen von Zinkblende bzw. Zinkspat gewonnen wird:
2 ZnS + 3 O2 Elektrolyse einer ZinksulfatlösungDie benötigte Zinksulfatlösung wird durch Auflösen des Zinkoxids in Schwefelsäure erzeugt. Als Anode wird Blei eingesetzt, als Kathode Aluminium. Das Elektrolytzink schlägt sich auf dem Aluminium nieder und wird einmal pro Tag von der Kathode abgezogen und eingeschmolzen. Das regelmäßig Abziehen der Zinks ist notwendig, da an den unregelmäßig aufwachsenden Zinkstrukturen die Überspannung des Wasserstoffs immer niedriger wird und damit der Prozess der Zinkabscheidung zum Erliegen kommt (Zink geht von den feinen Spitzen wieder in Lösung). Man erhält dadurch Feinzink mit 99.99%iger Reinheit.Wie schon erwähnt, scheidet sich Zink nur aus sehr reinen Zinksulfatlösungen ab. Eine Alternative ist darum die Verwendung von Quecksilber als Kathode, da sich dabei Zinkamalgam (mit wenigen Prozent Zink) auch aus weniger reinen Zinksulfatlösungen bildet. Aus dem Zinkamalgam erhält man durch Destillation bereits Feinstzink (99.999% Reinheit). Allerdings ist dieses Verfahren mit einer Reihe technischer Schwierigkeiten verbunden (und Quecksilber ist ja nicht ungiftig). Reduktion von Zinkoxid durch KohleBei der trockenen Darstellung von Zink wird Zinkoxid mit einem Überschuss an gemahlenem Koks vermischt und in einem Schacht- bzw. Muffelofen auf ca. 1200°C erhitzt. Dabei wird das Zinkoxid zu elementarem Zink reduziert und entweicht gasförmig (Siedepunkt von Zink 907°C). Der überschüssige Kohlenstoff dient zur Reduktion des entstandenen Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid, das dann zur weiteren Reduktion von Zinkoxid zur Verfügung steht:
ZnO + C Das verdampfte Zink schlägt sich in Vorlagen aus Schamotte nieder. Bei diesem Verfahren geht ein nicht unerheblicher Teil des Zinks (10 bis 15%) verloren. Eine Verbesserung der Ausbeute kann durch Einsprühen von feinen Bleitröpfchen bei 500°C erreicht werden. Der entstehende Zinkstaub enthält erhebliche Mengen an Cadmium und dient als Ausgangsmaterial zur Cadmiumgewinnung. Rohzink nach diesem Verfahren enthält immer auch Blei, Cadmium, Arsen und Eisen. Das Rohzink kann durch fraktionierte Destillation gereinigt werden (Zink und Cadmium werden destillativ abgetrennt, Blei und Eisen bleiben zurück). In einem weiteren Destillationsschritt wird das noch verbliebene Cadmium abgetrennt, wodurch man Feinzink (99.99% Reinheit) erhält.
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ZnO + SO2 ("rösten")
Last Update: 2013-08-08